3.1 交变电流 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“交变电流”核心知识点，通过高压输电情境导入，对比干电池电流特性，引导学生从直流认知过渡到交变电流学习，搭建新旧知识衔接的学习支架。 资料以实验探究为特色，通过示波器观察波形、发光二极管演示电流方向变化等实验，结合电动势公式推导的模型建构，培养科学探究与科学思维能力，助力学生形成交变电流的物理观念，教师易上手且课堂互动性强。

3.1交变电流 授课时间 课时 第一课时(共1课时) 课型 新课 教学 目标 物理观念：认识交变电流，会用图像和公式描述正弦式交变电流 科学思维及探究：经历建立正弦式交变电流模型，体会建立模型与推理分析的思维方法。 科学态度与责任：了解发电机是将机械能转化为电能的装置。 教学重难点 教学重点：交变电流产生的物理过程的分析、用图像和公式描述正弦式交变电流。 教学难点：交变电流的变化规律及应用 教学准备 多媒体课件，两个发光颜色不同的发光二极管、教学用发电机 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 把高压电流在能量损失较小的情况下通过普通电线输送到迄今连想也不敢想的远距离，并在那一端加以利用…… 那么，这些电有什么特性?它和我们普通干电池的电有什么不同？ 观察图片，思考与普通干电池的电有什么不同 引起学生学习的兴趣 讲授新课 一、交变电流与直流 演示实验：用示波器观察直流电和交变电流 视频：观察电池供给的电压的波形 视频：观察学生电源交流挡供给的电压的波形。 1.波形图 在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。 这两种波形各有什么特点？ 2.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流（alternating current，AC），简称交流。 3.直流:方向不随时间变化的电流称为直流（direct current， DC） 电池供给的电流方向不随时间变化所以属于直流。 注意：电池供给的电流不但方向不变而且大小也不变，所以属于恒定电流。 思考：下面的图形是表示交流电还是直流电？ 思考讨论：你知道日常使用的手机充电器输出的是交流还是直流？ 出示视频: 日常使用的各种充电器能把交变电流变成低压直流。 演示： 观察交变电流的方向 1.实验器材 两个发光颜色不同的发光二极管、教学用发电机 2.实验步骤 （1）如图，把两个发光颜色不同的发光二极管并联在电路中，注意使两者正、负极的方向不同。 （2）然后把二极管连接到教学用的发电机的两端。 （3）转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。 3.视频：观察发光二极管的发光情况。 4.实验现象：两个二极管会交替发光。 注意：二极管具有单向导电性。 5.实验结论： 二、交变电流的产生 1.发电机的结构 线圈的AB 边连在金属滑环K上，CD边连在滑环 L上；电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。 线圈旋转过程中只有AB和CD边在做切割磁感线的运动。 而BC和AD边总是沿磁场方向运动。 2.交流电的产生原理 装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就会产生交变电流。 思考讨论：如图，线圈沿逆时针方向匀速转动，在线圈由甲图转到乙图所示位置的过程中，AB 边中电流向哪个方向流动？ 思考讨论：在线圈由丙图转到丁图所示位置的过程中，AB 边中电流向哪个方向流动？ 思考讨论：转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？。 电流从E 经过负载流向F的方向记为正，反之为负，大致画出感应电流随时间变化的曲线。 1.中性面：线圈平面与磁感线方向垂直，如图为中性面。 2.线圈垂直中性面与中性面垂直平面正视图 特别提醒！ 线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周 ，两次经过中性面，电流方向改变两次。 三、交变电流的变化规律 例1:线圈从中性面开始转动，角速度ω。经过时间 t，线圈转到如图所示位置，已知AB和 CD的长度为L，AD和BC的长度为d，求线圈中的感应电动势的表达式。 1.交变电动势的变化规律 （1）感应电动势瞬时表达式 e = NBSωsinωt（中性面计时） 线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的。 （2）当sin 𝝎t=1时，e有最大值用Em表示，从中性面计时开始，e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值。 Em＝NωBS 2.交变电流的变化规律 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 （中性面计时） i＝Imsinωt （中性面计时） （1）式中Em、Um 和 Im 分别是电压和电流的最大值，也叫峰值 （2）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 。 3.正弦交变电流随时间的变化的图像 正弦交变电流随时间的变化 4..几种交变电流的波形 甲 家庭电路中 乙 示波器中的锯齿 丙 电子电路中的矩形的正弦式电流 形扫描电压 脉冲 四、交流发电机 1.交流发电机基本组成部分 电枢：产生感应电动势的线圈；磁体：产生磁场的磁体 2.交流发电机的种类 基本类型 特点 转子 定子 旋转电枢式 磁极转动，电枢不动 线圈 磁极 旋转磁极式 电枢转动，磁极不动 磁极 线圈 4.旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的区别 （1）旋转电枢式发电机：转子产生的电流，必须经过裸露的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，可能发生火花放电，滑环和电刷很快会烧坏。转动的电枢无法做得很大，线圈匝数也不可能很多，电机输出的电压一般不超过500 V； （2）旋转磁极式发电机，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。 三峡电站一台正在吊装的发电机转子 发电机的转子可以由蒸汽轮机、水轮机等带动。 蒸汽轮机、水轮机等将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。 课堂练习 1. 线圈在匀强磁场中转动时产生交变电流，下列说法正确的是（　　） A．线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次 B．线圈每转动一周，感应电动势出现两次最大值 C．线圈平面每经过中性面时，穿过线圈的磁通量变化最快 D．线圈平面每经过中性面时，穿过线圈的磁通量达到最小值 答案:B 2.下列图像中不属于交流电的有（　　）　　 3.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示。则下列说法中正确的是（　　） A．t=0 时刻，线圈平面与中性面垂直 B．t=0.01s时刻，磁通量的变化率为0 C．t=0.02s 时刻，感应电动势达到最大 D．t=0.02s 时刻，电流的方向开始发生改变 【答案】D 4.（多选）关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（ 　） A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化 B．线圈平面经中性面时开始计时，1/4 周期内，电流一直增大 C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次 D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置。 【答案】BC 观看视频用示波器观察直流电和交变电流 观察交流电的几种波形 思考讨论 学生观看视频 学生了解实验步骤，观看实验视频，说出实验现象和 阅读课文了解发电机的结构和原理 学生观看图片了解交流电的产生原理 学生观察思考讨论回答 学生观察思考讨论回答 观察图片画出图像 观察图形了解中性面和中性面平面正视图 观察图形了解线圈垂直中性面和与中性面垂直平面正视图 在教师引导下学生进行练习 总结交变电动势的变化规律 观察几种交变电流的波形 阅读课文了解交流发电机的种类 阅读课文说出旋转电枢式发电机与旋转磁极式发电机的区别 学生练习 了解交变电流与直流电的波形图 进一步掌握交流电是大小和方向随时间做周期性变化 了解直流指的是电流方向没变化 了解充电器能把交变电流变成低压直流 锻炼学生的观察能力和语言表达能力 锻炼学生的自主学习能力和语言表达能力 锻炼学生的观察能力和总结能力 了解交变电流的产生过程，锻炼学生的学以致用的能力 锻炼学生的观察能力，了解甲、丙位置时线圈中没有电流，乙、丁位置时线圈中的电流最大 锻炼学生的观察能力和作图能力 了解穿过线圈的磁通量最大的位置为中性面 锻炼学生的观察能力 锻炼学生的分析能力和逻辑思维能力 锻炼学生的总结能力和语言表达能力 拓展学生的知识面 锻炼学生的自主学习能力 锻炼学生的自主学习能力和总结能力 巩固本节知识 作业设计 必做：课后练习1、2、3、4 选做：预习3.2 板书 3.1交变电流 一、交变电流与直流 交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流 直流：方向不随时间变化的电流 二、交变电流的产生 1.原理：装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就会产生交变电流。 2.线圈转动 一周 ，两次经过中性面，电流方向改变两次。 三、交变电流的变化规律 1.正弦式电流的瞬时值表达式： e=Emsinωt （Em=NωBS 最大值） i=Imsinωt u=Umsinωt 2.交流发电机 课后反思 备课组长签字： www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页） 学科网（北京）股份有限公司 $