3.2 交变电流的描述 （教学设计）-高中物理人教版（2019）选择性必修第二册 .docxVIP

第2课时

2、交变电流的规律及描述

1.课时教材分析：交变电流的产生和变化规律是本章的重点，是电磁感应、楞次定律、右手定则等知识的综合运用，与生产生活有密切联系，是对学生综合应用电磁学知识分析解决问题能力的一个检验。与直流电相比，交流电的最大特点就是变化，而学生对于变化的物理量往往感到困难，特别是第一次接触许多新的概念，比如：交变电流、正弦式交流电、中性面、瞬时值、峰值等，如何让学生透彻理解这些概念掌握交流电的变化规律，是处理好这节课的关键。

2.课时学情分析：学生对交流电所知很少，而交流电因其产生过程及规律较为复杂，有效值概

念较为抽象，因此本节内容学习难度较大。

3.课时学习重点：交流电的变化规律及表达式的推导交流电的有效值

4.课时学习难点：对交流电规律的掌握和对有效值的理解

5.开放性学习环境：探究—研讨学习、讨论法、启发式教学

6.课时学习目标：

（1）知道交流电变化规律

（2）掌握并会推导交流电的瞬时值表达式

（3）掌握描述交流电的几个物理量，包括周期、频率、有效值

7.课时教学过程：

课堂教学

环节1:新课导入

师：在上一节课中，我们初步了解了交变电流的产生过程，但交变电流在我们面前依然很陌生，为了完成我们点亮象征人类文明传承的灯塔的任务，这节

课我们深入来学习交变电流所包含的规律以及如何描述交变电流

问题：在上一节课中，我们通过传感器观察到手摇发电机所发出的电流的波形，

它像什么曲线？

生：正弦曲线

师：会不会是正弦函数曲线呢？

生：很有可能，因为跟正弦曲线一样有周期性。

问题：如果真的是正弦曲线，有哪些原因可能导致图像不平滑？

生：磁场不一定是匀强的，摇动速度不稳定。

师：在我们周围就存在着地磁场，地磁场虽然不是匀强磁场，但这是相对于巨

大的地球而言的，在一个非常小的区域内的磁场完全可以看成是匀强磁场

【展示利用地磁场发电，微电流传感器展示波形图，波形非常像正弦曲线】

师：是否是正弦曲线。不能仅凭观察。需要经过严谨论证。如果是正弦曲线，我

们如何证明它呢？

生：需要把感应电动势随时间变化的关系式推导出来

【设计意图：通过上节课的手摇发电机波形图引导学生思考，交变电流的变化规律，通过展示地磁场发电，使得学生进一步相信自己的判断。体现了知识学习都

循序渐进】

环节2:交流电表达式推导

【展示程序模拟发电过程】

师：我们仍然使用上节课所使用的程序模拟发电过程，

问题：导体棒切割磁感线时电动势的大小跟哪些因素有关？

生：磁场强弱，导线长度，切割速度。

问题：磁场强弱不变，导线长度固定。线圈匀速旋转。速度大小不变。为何电动

势会发生变化？

生：因为速度方向与磁场方向的夹角在不断变化。

师：在磁场强弱不变，导线长度固定的情况下，感应电动势的大小就只跟有效切割速度有关。只需找出有效切割速度随时间的变化规律，就能得出感应电动势随

时间的变化规律。

引导学生将三维视图转化为二维视图，构建物理模型，合作探究交变电流表达

式。利用多媒体展示学生的探究结果，并总结最终得出结论。

N匝线圈中感应电动势e=NBSωsinωt

令Em=NBSω

e=Emsinωt

可知线框的电动势随时间是按照正弦函数的规律变化的。

式中的Em是交变电流所能达到的最大值称之为峰值峰值反映了交变电流的强弱

程度

问题：发电机的电动势按照正弦规律变化。那么负载电阻R的电流电压会按照什

么规律变化呢？

生：也按正弦规律变化。

师：由于发电机的电动势按正弦规律变化，所以当负载为电灯等纯电阻用电器

时，负载两端的电压u、流过的电流i，也按正弦规律变化，即u=Umsinωt

,i=Imsinωt，这种按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称

正弦式电流。

【设计意图：通过制作的3D程序向学生展示模拟发点过程，使得难以理解的动态过程具体化，降低学生学习难度，通过启发式提问使学生循序渐进的认识到导致电动势变化的根本原因，最后让学生自主合作讨论并最终找到结论，体验学习的

乐趣，且有成就感】

环节3:交流电的周期和频率

师：我们从理论上证明了交变电流是按照正弦函数的规律在变化，并且得出了交变电流变化的瞬时值表达式，交变电流的电动势电流电压随时间的变化图像是怎

样的呢？

生：跟正弦函数图像一样

【PPT展示正弦交变电流的变化图像】

师：正弦式电流是最简单最基本的交变电流，电力系统中应用的大多数是正弦式

交流电。

师：显然，正弦式电流在不断周期性变化，跟一切周期性变化的过程一样，我们

可以用周期和频率来描述周期性变化的快慢。

用程序展示线圈旋转一周，可以看到交变电流也完成一个周期性变化。

师：我们把交变电流完成一次周期性变化所