高中物理2 描述交变电流的物理量教学设计学情分析教材分析课后反思.docx
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高中物理2 描述交变电流的物理量教学设计学情分析教材分析课后反思.docx
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高中物理2描述交变电流的物理量教学设计学情分析教材分析课后反思
《描述交变电流的物理量》教学设计
一、教材分析
本节教学要让学生知道,上节用图像对交变电流的描述是全面的、细致的。
由于交变电流的电压、电流等的大小和方向都随时间做周期性变化,就需要一些特殊的物理量来描述它在变化中的不同方面的特征。
这就是本节要提到的描述交变电流的物理量。
二、学情分析
学生是教学过程中的主体,这个时候的学生已经知道了交变电流的一些特点和一些描述物理量,但是大多数学生的抽象思维和空间想象能力还比较低,对物理现象和知识的理解、判断、分析、和推理常常表现出一定的主观性、片面性、和表面性,这就要求在教学过程中合理安排、指导和引导学生突出重点、突破难点,提高学生分析、归纳、及抽象思维能力。
三、教学目标
1.知识目标:
(1)理解交变电流的周期、频率含义,掌握它们相互间关系,知道我国生产和生活用电的周期(频率)的大小.
(2)理解交变电流的最大值和有效值的意义,知道它们之间的关系,会应用正弦式交变电流有效值公式进行有关计算.
(3)能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值
2.能力目标:
(1)培养学生阅读、理解及自学能力.
(2)使学生理解如何建立新的物理概念而培养学生处理解决新问题能力.
(3)培养学生应用数学工具处理解决物理问题的能力.
3.情感、态度和价值观目标:
(1)由用电器铭牌,可介绍我国近几年的经济腾飞,激发学生爱国精神和为建设祖国发奋学习的精神.
(2)让学生体会对称美.
四、教学重点难点
重点:
交流电的有效值、最大值、频率、周期的理解和计算
难点:
1、交流电的有效值的理解
2、交变电流“四值”物理意义及应用范围的区分。
五、教学方法
1、启发式综合教学法2、学案导学
六、课内探究
(一)预习检查
检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑,使教学具有了针对性。
(二)复习引入
师1:
上节课讲了矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,在线圈中产生了正弦交变电流。
如何描述交变电流的变化规律呢?
生1:
可以用公式法描述。
从中性面开始计时,得出
瞬时电动势:
e=Emsinωt,瞬时电流:
i=Imsinωt
瞬时电压:
u=Umsinωt
其中Em=NBSω
生2:
可以用图象法描述。
如图所示:
师2:
[情景引入]
把小灯泡接在手摇交流发电机模型的输出端,当线圈在匀强磁场中匀速转动时,我们看到小灯泡发光的闪烁非常明显。
为什么照明电是交变电流,而电灯亮时却看不见一闪一闪的现象?
要回答这个问题,必须学习下一节课的内容。
(三)进行新课
[师]线圈转动一整圈,交变电流就完成一个周期性变化。
这说明,线圈转动速度越快,交变电流周期性变化的越快。
交变电流与恒定电流比较具有不同的特点,用那些量来描述交变电流呢?
1.交变电流的周期和频率。
交变电流跟别的周期性过程一样,是用周期或频率来表示变化快慢的。
(1)周期:
我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期。
周期用T表示,单位是s。
(2)频率:
交变电流在1s内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的频率。
频率用f表示,单位是Hz。
(3)周期和频率的关系是:
[类比联系]:
我们以前学过那种典型的周期性运动?
在周期和频率的定义上有什么区别和联系。
通过与匀速圆周运动的比较,让学生感受物理规律内在的和谐与同一性。
[课堂练习]:
我国生活用电的规律表达式
V,周期T=_______s,频率f=_______Hz,角速度ω=_______rad/s,在1s内电流的方向变化__________次。
[回顾解释]:
当转子的转速由小增大时,小灯泡发光的闪烁频率也由小增大,当转子的转速大到一定程度,由于交变电流的大小和方向变化太快,由于人眼存在视觉暂留的缘故,所以眼睛已不能分辨灯光的闪烁。
这就是为什么照明电是交变电流,而电灯亮时看不见一闪一闪的原因。
2、交变电流的峰值和有效值
(1)交变电流峰值(Im、Em、Um):
指交变电流各个参量一个周期内所能达到的最大值。
表示交变电流的强弱或电压的高低,实际中需要考虑。
例如:
电容器接在交流电路中,应需要知道交变电压的最大值,电容器的额定电压应高于交变电压的最大值,否则电容器有可能被击穿。
(2)交变电流有效值(I、E、U):
[思考讨论]
如图所示的电流通过一个R=1Ω的电阻,它不是恒定电流。
a)、怎样计算通电1s内电阻R中产生的热量?
解析:
图象反映的交变电流可以分为4段。
前半个周期中,0---0.2S内,可看成电流大小为1A的恒定电流,0.2S---0.5S内,可看成电流大小为2A的恒定电流.后半个周期的电流与前半个周期方向相反,但产生热量相同。
交流电的热量:
b)、如果有一个大小、方向都不变的恒定电流通过电阻R,也能在1s内产生同样的热,这个电流是多大?
恒定电流的热量:
[精讲点拨]
1)有效值:
(抓三个相同)让交流与恒定电流通过相同的电阻,如果它们在一个周期内内产生的热量相等,把恒定电流的值叫做这个交变电流的有效值。
2)正弦交流电有效值与最大值之间的关系
3)在自主学习过程中体会研究物理问题的一个重要思想——等效思想的应用。
[说明]以上关系式只适用于正弦或余弦交流电;交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的。
引入有效值的的概念便于把处理恒定电流的一些方法拓展到交流电中。
(1)各种使用交变电流的电器设备上所示值为有效值。
(2)交变电流表(电压表或电流表)所测值为有效值。
(3)计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。
(4)交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值。
(四)典例探究
例1、.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系,如图所示,如果其它条件不变,仅使线圈的转速加倍,则交流电动势的最大值和周期分别变为(B)
A.400V,0.02sB.200V,0.02
C.400V,0.08sD.200V,0.08s
变式训练1
如图所示为某正弦交流电流的图像,求其峰值、周期和角速度,并写出该电流的瞬时值表达式。
解析:
Im=20A,T=0.02s
ω=100πrad/s
电流的瞬时表达式为i=20sin100πt(A)
例2、如图表示一交流随时间变化的图像,求此交流的有效值。
变式训练2
现有一交流电随时间而变化的图象,其中电流的正值为正弦曲线的正半周,其最大值为4A,则该交流电的有效值为多大?
[学生板演]
解析:
交变电流一个周期内产生的热量
恒定电流的热量
由有效值定义知
解之
A
[教师点评]求解交流电的有效值要抓三个相同:
相同的时间、相同的电阻、相同的热量,对于多个过程要用分段法。
[归纳总结]
通过本节课的学习你能够说出“瞬时值、峰值、有效值、平均值”四值的区别吗?
物理含义
重要关系
适用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e=Emsinωt
i=Imsinωt
计算线圈某一时刻的受力情况
峰值
交变电流所能达到的最大值
Em=NBSω
Im=
确定用电器的耐压值
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
,
,
(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流在某段时间内的平均大小
计算通过电路截面的电量
(五)课堂检测
1、某交流电压随时间的变化规律如图所示,则此交流电的频率是_______Hz。
若将该电压加在10uF的电容器上,则电容器的耐压值不应小于_________V;若将该电压加在一阻值为1KΩ的纯电阻用电器上,用电器恰能正常工作,为避免意外事故的发生,该电路中保险丝的额定电流不低于_________A。
2、图中两交变电流通过相同的电阻R。
求:
(1)分别写出它们的有效值、周期和频率。
(2)计算它们在R上产生的功率之比。
(六)课堂小结
1、最大值(峰值):
EmUmIm
2、瞬时值:
uie
3、周期:
交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
4、频率:
一秒内完成周期性变化的次数。
5、有效值:
EUI
1)定义:
根据电流的热效应来规定,让交流电和直流通过相同阻值的电阻,如果他们在一个周期内产生的热量相等,就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。
2)正弦交流电的有效值与最大值的关系:
I=
=0.707ImU=
=0.707
(七)板书设计
描述交变电流的物理量
一、表征变化快慢的物理量
1、周期2、频率3、角频率
二、表征大小的物理量
1、瞬时值2、峰值3、有效值4、平均值
七、课后反思
本节课的教学设计体现了新课程理念,以培养和发展能力为着眼点,以掌握物理研究方法和物理思维方法为依据,学生在开放充满创新活力的氛围中学习,从而落实了学生的主体地位。
当然,教无定法,贵在得法,还要根据课堂上的实际情况及时调整教学活动,不断地反思和总结。
5.2描述交变电流的物理量学情分析
在这节课之前,学生已经学习圆周运动知识时,学生对周期性变化规律已经有了初步的认识,有了一定的知识基础和生活经验,另外,这个时候的学生已经知道了交变电流的一些特点和一些描述物理量,但他们对交变电流的周期、频率、角频率(线圈转动的角速度)与匀速圆周运动相关物理量的联系却缺乏一定的了解。
对交变电流的“瞬时值、峰值、有效值、平均值”四值的物理意义更是容易混淆,“四值”的应用也更容易张冠李戴。
学生是教学过程中的主体,大多数学生的抽象思维和空间想象能力还比较低,对物理现象和知识的理解、判断、分析、和推理常常表现出一定的主观性、片面性、和表面性。
这就要求在教学过程中应让学生通过定义细致区分其物理意义上的差别,通过实例辨析其适用范围,合理安排、指导和引导学生突出重点、突破难点,提高学生分析、归纳、及抽象思维能力。
我们可考虑让学生对交流电的描述作小结,使学生明确教材的体系:
全面、详细描述交流电的是公式和图象;最大值、有效值、周期、频率等物理量是描述交流电某一方面的特性的;根据交流电的图象、公式可知最大值、周期,从而可知有效值、频率。
5.2描述交变电流的物理量效果分析
通过本节课的学习,学生对于交变电流的产生原理和基本规律有了进一步的巩固,对于描述交变电流的物理量有了比较系统的认识,能够从快慢和大小两个方面来掌握。
通过与匀速圆周运动的比较,学生感受到物理规律内在的和谐与同一性,能够准确理解交变电流的周期、频率含义,并能够掌握它们相互间关系,能够熟悉我国生产和生活用电的周期(频率)的大小。
对于角频率ω的物理意义,及其与周期、频率的关系,极个别学生可能产生困惑,甚至产生对角频率和频率产生混淆,大部分学生掌握较好。
对于课标要求的峰值和瞬时值表达式、图象能够熟练准确地求解,能够理解交变电流有效值的意义,知道有效值与最大值之间的关系,会应用正弦式交变电流有效值公式进行有关计算,能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值。
但对于交变电流的四值“瞬时值、峰值、有效值、平均值”,在以往的学习中学生没有将上述“四值”从物理意义到适用范围加以对比,因此学习中容易产生混淆。
“四值”的区别仅仅停留在初步的感性认识基础之上,要想有比较深刻的理解和熟练地运用还需要通过后面的专题训练才能够达到理想的效果。
本节课的教学设计充分体现了学校一贯倡导的目标导引教学理念,课堂教学中运用小组合作学习的教学模式,老师因材施教,面向全体,尊重学生的个体差异和独特感受,目标达成率较高,课堂气氛活跃,师生互动恰到好处。
学生学习的情致高昂,主动参与学习的方式多样,求知欲强,敢发表见解,学得轻松,也学得实在。
学生的搜集和处理信息的能力、获取新识的能力、分析和解决问题的能力、交流与合作的能力有了较大提高。
另外多媒体教学手段的运用也贴近教学需要,凸现资源整合,教学效果明显。
5.2描述交变电流的物理量教材分析
1、教学重点及分析:
课标和考试说明对本节内容的要求都集中在交变电流的峰值和有效值,以及瞬时值表达式和图象的应用上。
交变电流的峰值在第一节重点介绍过,本节应重点研究有效值;瞬时值表达式和图象的应用首先体现在提取信息上,即利用瞬时值表达式或者图象分析交变电流的“四值”,进而结合欧姆定律等知识进行有关的分析和计算。
根据上述分析,本节课的教学重点为:
①交变电流有效值的分析和计算。
②利用交变电流的瞬时值表达式和图象分析交变电流的“四值”。
2、教学难点及突破:
交变电流的峰值在产生原理、瞬时值表达式、图象等处均有体现,主要应用于电容器的击穿电压上;瞬时值则要求利用数学工具求得每个时刻对应的电压或电流值,可以通过瞬时值表达式或图象找到与时间的对应关系,主要应用于瞬时对应关系的数学运算,以及有启动电压的用电器启动时间问题;有效值是利用电流的热效应得出的,始终与电功电热密切联系,同时也用于交流电表的示数和日常用语中的交流电参数;平均值的理解应与法拉第电磁感应定律密切结合,并由初、末时刻及时间长短有关,主要应用于感应电荷量的计算。
由于在以往的学习中学生没有将上述“四值”从物理意义到适用范围加以对比,学习中容易产生混淆。
另外,利用瞬时值表达式和图象分析计算时,一方面可以从中直接提取峰值、角频率等信息,可以通过简单计算求得有效值、周期、某时刻的频率瞬时值等,也可以结合匝数、电阻值等间接分析磁通量、磁通量变化率、电功、电荷量、某时刻线圈与磁场方向的夹角等内容。
由于抽象性和立体性强,间接求解对学生来说具有一定难度。
本节课的教学难点为
①交变电流“四值”物理意义及应用范围的区分。
②利用交变电流的瞬时值表达式和图象进行有关的分析和计算。
对于第一个难点,可以采取问题引导探究的方式辨析物理意义和适用范围,再通过列表对比的方式让学生加深体会;第二个难点需要在明确各待求量物理意义的基础上,比较分析求相关量之间的相互关系,利用相互关系间接求解。
同时,还要注意化抽象为具体,化立体为平面,降低思维台阶。
3.教学方法设计:
小组合作探究法
4.教学媒体设计:
课件、学案、实物投影。
5.教学评价设计:
课堂即时评价以学生相互评价为主,关注激励性的同时客观指出被评价的学生存在的问题。
合作学习中的小组评价采用学生组间评价与组内自评相结合,教师评价与学生评价相结合。
教师评价主要针对小组及小组成员的个体表现,及时关注游离于小组整体之外的个别学生。
描述交流电的物理量评测练习
1.由交流电动势瞬时值表达式e=10
sin4πt(V),可知()
A.此交流电的频率是4π(Hz)B.此交流电的周期是0.5s
C.当t=0.5s时,此交流电动势有最大值D.当t=0时,产生此交流电的线圈平面与中性面重合
2.下面关于交变电流的说法中正确的是()
A.交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的最大值
B.用交流电表测定的读数值是交流电的瞬时值
C.给定的交变电流数值,在没有特别说明的情况下都是指有效值
D.跟交变电流有相同热效应的直流电的数值是交变电流的有效值
3.在相同的时间内,某正弦交流电通过一阻值为100Ω的电阻产生的热量,与一电流强度为3A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等,则()
A.此交流电的电流的有效值为3A,最大值为3
A
B.此交流电的电流的有效值为3
A,最大值为6A
C.电阻两端的交流电压的有效值为300V,最大值为300
V
D.电阻两端的交流电压的有效值为300
V,最大值为600V
4.一只低压教学电源输出的交变电压瞬时值U=10
sin314t(V),关于该电源的规格和使用,以下说法正确的是()
A.这只电源可以使"10V,2W"的灯泡正常发光B.这只电源的交变电压的周期是314s
C.这只电源在t=0.01s时电压达到最大值D.“10V,2μF”电容器不能接在这只电源上
5.在如图所示电路中,已知交流电源电U=200sin(100πt)V,电阻R=100Ω则电流表和电压表的读数分别为()
A.1.41A,200VB.1.41A,141V
C.2A,200VD.2A,141V
6.一个接在某直流电源上的电热器所消耗的电功率为P1,若把它接到电压最大值与直流电压相等的交流电源上,该电热器所消耗的电功率为P2,则P1:
P2为()
A.2:
1B.1:
2C.1:
1D.1:
7.B把电热器接到110V的直流电源上,每秒产生的热量为Q,现把它接到交流电源E,每秒产生的热量为2Q,则交流电压的最大值是()
A.110
vB.220
VC.220VD.110V
8.正弦交流电压U=50sin314t(V),加在一氖管两端,已知当氖管两端的电压达到25
v时才开始发光,则此氖管在一个周期内发光的总时间为()
A.0.02B.0.0025sC.0.01sD.0.005s
9.某电路两端交流电压u=Usin100πt(V),在t=0.005s时刻,电压u值为10V.求
(1)接在此电路两端的电压表示数.
(2)如将阻值为R的电阻接在此交流电压上时功率为P;而改接在电压为U0的直流电压上时功率为P/2,求U0值.
10.一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动.线圈匝数n=100.穿过每匝线圈的磁通量φ随时间按正弦规律变化,如图所示.发电机内阻r=5Ω,外电阻R=95Ω,已知感应电动势的最大值Em=nφmω,其中φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值.求串联在外电路的交流电流表(内阻不计)的读数.
参考答案
1.BD2.CD3.AC4.AD5.B6.B7.B8.C
9.解:
根据u=Umsin100πt,代人t=0.005s时的电压值,10=Umsin0.5π得Um=10V
而交流电压表的示数反映的是有效值,故U=
=7.07V
由功率关系P=
和
得,所求直流电压的值U0=
U=
=5V
10.解:
由题中可知感应电动势的最大值:
Em=nωφm①
设线圈在磁场中转动的周期为T,则有ω=
②
根据欧姆定律,电路中电流的最大值为Im=
③
设交流电流表的读数为I,它是有效值,则I=
④
由题中的φ-t图线可读出:
φm=1.0×10-2WbT=3.14×10-2s
解以上各式,并代人数据得I=1.4A
5.2描述交变电流的物理量课后反思
思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木,学生素质的培养就成了镜中花,水中月。
本节课学习的是描述交变电流的物理量,如:
周期和频率表示交变电流周期性变化快慢的物理量;最大值表明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;而有效值反映的是交流电的热效应在时间上的平均效果。
本课的设计采用了课前下发预习学案,学生预习本节内容,找出自己迷惑的地方。
在课堂处理中,有效值作为本节课的重点与难点,不仅仅要在课堂上详细讲解,还要督促学生在课下多思考,利用练习题加以巩固,以达到对概念的深刻理解。
为了突破该教学的难点,在课堂教学中我首先通过实验情景激发学生兴趣,让学生体会到“学有所用”的乐趣,培养正确的科学态度。
其次结合思考与讨论进行自主探究式学习,放手让学生思考与讨论,让学生说出自己的分析思路,教师再精讲点拨。
最后通过例题和课堂练习加深对有效值概念的理解和应用,达到举一反三的教学效果。
在此基础上引导学生采用类比联系的教学方法,并充分发挥多媒体教学的功能,加深对于交流电“瞬时值、峰值、有效值、平均值”四值的区别和理解,让学生建立自己的知识网络,从而系统地掌握知识。
总之本节课的教学设计体现了新课程理念,以培养和发展能力为着眼点,以掌握物理研究方法和物理思维方法为依据,学生在开放充满创新活力的氛围中学习,从而落实了学生的主体地位。
当然,教无定法,贵在得法,还要根据课堂上的实际情况及时调整教学活动,不断地反思和总结。
5.2描述交变电流的物理量课标分析
本节内容选自选修3-2第5.2节《描述交变电流的物理量》,是在学习交变电流的产生原理基础上,进一步探讨交变电流的定量描述问题,以利用这些物理量描述交变电流的变化规律,是研究交变电流变化规律的基础和前提,带有工具性,是本章的重点内容之一。
课程标准对本节内容的要求是“能用函数表达式和图像描述交变电流,测算其峰值和有效值”。
考试说明中的相关知识点有两个,一是“交变电流、交变电流的图像”,二是“正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值”,二者均为
级要求,具体可以通过三维目标来说明:
1.知识目标:
(1)理解交变电流的周期、频率含义,掌握它们相互间关系,知道我国生产和生活用电的周期(频率)的大小.
(2)理解交变电流的最大值和有效值的意义,知道它们之间的关系,会应用正弦式交变电流有效值公式进行有关计算.
(3)能利用有效值定义计算某些交变电流的有效值
2.能力目标:
(1)培养学生阅读、理解及自学能力.
(2)使学生理解如何建立新的物理概念而培养学生处理解决新问题能力.
(3)培养学生应用数学工具处理解决物理问题的能力.
3.情感、态度和价值观目标:
(1)由用电器铭牌,可介绍我国近几年的经济腾飞,激发学生爱国精神和为建设祖国发奋学习的精神.
(2)让学生体会对称美.
教材是这样来处理的:
首先,学生应该能从数学角度进一步认识交变电流的周期性;然后,通过有效值的分析和计算再一次体会等效代替法在物理学科的应用;最后,通过一些拓展训练加深学生的理解。
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