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1、3.2 交变电流的描述-教学设计课时教材分析：交变电流的描述是普通高中物理课程标准（2017 年版 2020 年修订）选择性必修二主题模块“电磁感应及其应用”中的内容。课程标准要求为：能用公式和图像描述正弦交变电流。对此条要求的解读为：学生能够根据交流电的特征，会用函数表达式来描述交变电流，并知道公式中的交变电流的电流或电压的最大值、瞬时值、有效值以及它们之间的相互关系；能够用图像来表示一个交变电流，并从图像特征找出电流或电压的最大值、有效值和某一时刻的瞬时值。学生应该明确描述交变电流的另外两个重要物理量周期与频率及其意义，知道我国供电系统的交流电的频率。相位和相位差不作要求。通过本节教学，要
2、让学生知道可以用图像全面、细致地描述交变电流。由于交变电流的电压、电流做周期性变化，因此可以用周期或频率描述交变电流变化的快慢。峰值表示交变电流在变化过程中所能达到的最大数值，反映了交变电流的变化范围；有效值反映的是交变电流的热效应在时间上的平均效果。交变电流的有效值和用公式和图像描述正弦式交变电流是本节教学的重点，其中交变电流的有效值概念还是教学的难点。最后，教材通过“拓展学习”栏目中电感器和电容器对交变电流的作用，加深、拓宽学生对交变电流的认识。2.课时学情分析：学生在学习圆周运动内容时熟悉周期、频率和角速度的含义和它们的物理意义，对数学中的正弦函数和余弦函数有了深入了解，熟悉它们的图像和
3、函数表达式，因此，用图像和函数表达式描述交变电流对学生来说容易接受，学习不会遇到很大的困难。有效值的概念是学生首次接触，学生难以把握有效值含义。教学时可以引导学生从电流的热效应入手，利用“等效”思想计算交变电流通过电阻时产生的热量相等引入有效值概念。3.课时学习重点：1.交变电流的有效值；2.正弦式交流电的峰值与有效值的定量关系；3.用公式和图像描述正弦式交变电流。4.课时学习难点：1.交变电流有效值的概念。2.正弦交变电流的峰值与有效值的定量关系。5.课时学习目标：物理观念：（1）知道交变电流周期、频率的含义及二者之间的关系；（2）理解有效值的含义，掌握正弦交变电流的峰值与有效值的关系。科学
4、思维：（1）经历交变电流有效值的推导，体会“等效”的科学方法；（2）结合周期（频率）、峰值、有效值等物理量通过函数表达式和图像描述交变电流，发展应用数学工具解决物理问题的科学思维能力。科学探究：通过实验探究和理论推导，掌握正弦交变电流的峰值与有效值的关系。科学态度与责任：了解我国家庭电路的频率和电压的有效值，体会科技发展对社会进步的推动作用。6.课时教学过程：子任务：描述交变电流的物理量情境：参观淮北市大唐发电厂和对社区供电、用电情况进行社会实践调查，形成实践报告；展示社会实践活动报告。评价：对学生参加社会实践活动和取得的成果进行评价，肯定学生在此次活动中的收获。问题：用哪些物理量能够定量描述
5、交变电流的变化特征？（设计意图：由真实的情境出发，引导学生发现问题，以问题为驱动确立本节教学子任务。）环节一：了解交变电流的周期与频率问题：观察社会实践活动报告，猜想描述交变电流的物理量。活动：学生结合已经掌握的知识，交流讨论描述交变电流的物理量。总结：1.周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。通常用 T 表示，单位:秒,符号：s2.频率：交变电流完成周期性变化的次数与所有时间之比。通常用 f 表示，单位:赫兹,符号：Hz交流与讨论：我国生产生活用电的周期和频率是多少？（设计意图：学生由已经掌握的数学三角函数知识、交流电的规律特点和社会实践活动猜想描述交变电流的物理量，培养学生观察和类比
6、推理能力）环节二：寻找交变电流的等效值猜想与讨论：社会实践报告中，电压 220V 是什么值？是平均值？瞬时值？ 一个周期内的平均值为零，因此平均值不可能，瞬时间更不可能。问题 1：交变电流的瞬时值不断变化，报告中 220V 一定是表征交变电流变化中的恒定值，这种化“变”为“恒”的转化一定是等效的，可能在什么方面等效呢？学生活动：思考、讨论、交流总结：电流的热效应相同（设计意图：由生活实例联想，引导学生从能量观点寻找等效，体会化“变”为“恒”的等效替代）问题 2：如图所示是通过一个 R 为 1的电阻的电流 i 随时间变化的曲线。这个电流不是恒定电流。（1）怎样计算通电 1s 内电阻 R 中产生的
7、热量？（2）如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过这个电阻 R，也能在 1s 内产生同样的热，这个电流是多大？学生活动：思考、讨论、交流作答总结：1.有效值：让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻，如果在交变电流的一个周期内产生的热量相等，那么这一恒定电流的值就叫作交变电流的有效值2.从两个物理思想方法理解有效值：（1）能量观点电流做功（2）等效替代电流的热效应“等效”要保证“三同”即：相同的电阻，相同的时间（一个周期），相同的热量3.交变电流的电动势、电流、电压的有效值符号：E、I、U（设计意图：让学生自主研究交变电流通过电阻时产生热量的问题情景，验证猜想，强化能量观和等效替代的思想，为有
8、效值的概念做好铺垫，完成由感性到理性的认识过程，有效值概念的建立水到渠成。）环节三：探究正弦交变电流的有效值提出问题：正弦交流电的峰值和有效值是否存在定量关系呢？活动 1：实验探究正弦交流电的峰值和有效值的关系实验原理：如上图所示，让两个规格相同的灯泡分别接入交流和直流电流，调节滑动变阻器使其发光亮度相同，用发光亮度相同代替相等时间内产生的热量相同，以达到等效目的。为确定灯泡的亮度相同，实验中通过照度计分别测出两灯泡的亮度。为减少外界环境光线对照度计测量产生的影响，将两个小灯泡分别固定在相同的盒子内，照度计的感光元件距小灯泡距离相等并固定。调节滑动变阻器使照度计示数相同，即灯泡发光亮度相同，用
9、电压传感器分别采集两灯泡两端电压数据，并记录下来。调节滑动变阻器重复上述步骤，测出多组数据，利用 EXCEL表格拟合出 Um-U 的线性图像，得出 Um 与 U 的函数关系式，从而得到正弦交变电流的峰值和有效值之间满足的关系7.课时作业设计：1.课外作业：查找资料，分析总结电感器和电容器对交变电流的作用。2.习题作业：教材 P57“练习与应用”第 4、5、7 题8.课时教学反思：本节的主要教学任务是交变电流的描述。由于学生具有一定的数学和物理知识基础，交变电流的周期和频率几乎没有任何难度。在进行有效值的教学时，首先让学生从生活经验猜想，可以从电流的热效应方面化“变”为“恒”进行“等效替代”，然
10、后通过具体问题让学生验证自己猜想的可行性，从而建立起有效值的概念。对正弦交变电流峰值和有效值之间的关系教学时，并没有采用直接给出结论的教学方案，这样不利于学生物理规律的生成。在进行本部分教学时，采用了自制教具，通过对比实验，将小灯泡的亮度相同替代电流的热效应相等，实验操作方便，节约时间，让学生经历科学探究的过程，有助于学生物理规律的生成和对有效值概念的理解，培养了学生的学习兴趣和实事求是的科学态度。在实验的基础上，继续引导学生完成理论推导，并渗透微元法的思想，学生在获得知识的同时又收获了物理思想方法。然而思维的脚步并没有停下，通过思考讨论正弦交变电流的半波型有效值问题，使学生加深了对有效值的进一步理解。学科网（北京）股份有限公司