3.2 交变电流的描述 教学设计-2026-2027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“交变电流的描述”，涵盖周期、频率、峰值、有效值及电感电容影响。通过电压表读数与示波器波形的矛盾情境导入，衔接交变电流变化规律，引出有效值概念，搭建学习支架。 特色在于以核心素养为导向，物理观念上强化有效值等效思想，科学思维通过等效替代法及非正弦式电流计算培养推理能力，科学探究设计热量等效实验突破难点。实例丰富如用“三同”实验验证有效值，巩固练习区分峰值与有效值应用。助力学生深化科学思维，帮助教师高效突破教学难点。

教学设计 课程名称 交变电流的描述 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高二　　教材版本：人教版（2019）选择性必修第二册 课题：第三章　交变电流　第2节　交变电流的描述 知识点描述 周期与频率：交变电流完成一次周期性变化所需的时间叫作周期，单位是秒；1 s 内完成周期性变化的次数叫作频率，单位是赫兹。二者互为倒数，即。我国民用交流电的频率为 50 Hz，周期为 0.02 s。 峰值：交变电流的电动势、电压或电流在一个周期内所能达到的最大值叫作峰值，用、、表示。正弦式交变电流的电动势峰值。 有效值：让交变电流与恒定电流分别通过阻值相同的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，那么这个恒定电流的数值就叫作该交变电流的有效值。有效值是根据电流的热效应来定义的。 有效值与峰值的关系：对于正弦式交变电流，、、。这一关系只适用于正弦式交变电流，其他波形的交变电流必须根据有效值的定义（热量相等）来求解。 有效值的应用：交流电流表的读数、用电器铭牌上标出的额定电压和额定电流，以及计算电功、电热时所用的数值，指的都是有效值；电感器“通直流、阻交流”，电容器“隔直流、通交流”，它们会改变交流电的通过能力。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.理解峰值与有效值的区别，能说出有效值是根据电流的热效应定义的，形成“用效果等效地描述交变电流”的观念。 2.知道电感、电容对交变电流的阻碍作用，理解的适用条件。 二、科学思维 1.经历用“热量等效”定义有效值的过程，体会等效替代这一重要的科学思维方法。 2.能通过计算交流电在电阻上产生的热量求有效值，发展分析、比较和运算能力。 三、科学探究 1.通过观察不同频率下小灯泡亮度变化、示波器显示波形的实验，能提出“交流电的强弱怎样描述”的问题。 2.能设计并完成“同一交流电与某一直流电产生的热量相同”的比较方案，体会实验在建立概念中的作用。 四、科学态度与责任 1.通过“额定电压 220 V”等生活标识的理解，体会物理量的规范表达对安全用电的意义。 2.在探究活动中养成依据数据下结论、不凭感觉判断的科学态度。 教学重点 交变电流的周期、频率与峰值；有效值的定义及正弦式交变电流中等关系的应用。 教学难点 有效值的概念及用“热量相等”求一般交变电流有效值的方法；区分峰值、有效值在不同情境中的使用。 适用对象 高二年级学生（人教版2019·选择性必修第二册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：学生已认识交变电流的变化规律，但对“交流电有多大”缺少统一的描述方式，容易把峰值与有效值混用。 设计主线：观察波形→周期与频率→峰值→有效值（热量等效）→电感与电容的影响，全程40分钟。 难点突破：用“两个相同的电阻、相同的时间、相同的热量”设计一个可操作的等效实验，把有效值的定义从文字变成可验证的事实。 反馈矫正：用“把一个正弦式交变电流的峰值增大到原来的两倍，其有效值变为原来的几倍”以及“用有效值 220 V 的交流电和 220 V 的直流电给同一灯泡供电，亮度是否相同”两个问题检验理解。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】用电压表测量家庭电路两端的电压，读数始终是 220 V；可是用示波器观察同一电压的波形，电压却在 0 与约 311 V 之间周期性变化（图3.2-1）。 【设问】既然电压时刻在变，电压表的读数 220 V 表示的是什么？为什么不是变化的 V？ 图3.2-1 交变电流的u-t图像 用“表读数不变、波形却在变”的矛盾制造疑问，把学生引向“有效值”这一新概念。 二、新课教学（一） （约12分钟） 1.周期与频率：交变电流完成一次周期性变化所需的时间叫周期，1 s 内完成周期性变化的次数叫频率，二者满足。 2.我国的交流电：民用交流电的频率为 50 Hz，周期为 0.02 s，即 1 s 内电流方向改变 100 次。 3.峰值：交变电流在一个周期内所能达到的最大值叫峰值，正弦式交变电流。 4.波形读取：从正弦式交变电流的图像上可以直接读出峰值和周期，再写出（图3.2-2）。 图3.2-2 正弦式交变电流u-t图像 5.概念辨析：峰值描述的是交变电流“最大能达到多少”，它只在一瞬间出现，不能用来描述交流电做功的本领。 先从波形图上读周期与峰值，让学生掌握“看图说话”的基本功，再为有效值的引入埋下伏笔。 三、新课教学（二） （约14分钟） 1.定义建立：让交变电流与恒定电流分别通过阻值相同的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，这个恒定电流的数值就叫作该交变电流的有效值。 2.等效思想：有效值是从“发热效果相同”这一角度来衡量交变电流的大小，因此凡是涉及电热、电功、电功率的计算，都要用有效值。 3.正弦式的关系：把代入热量计算式并比较，可以得到，同理、。 4.适用范围：上述关系只适用于正弦式交变电流；对于方波等非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义由“热量相等”逐步计算。 5.电感与电容的作用：电感器“通直流、阻交流”，电容器“隔直流、通交流”；在电路中它们会改变交流电的通过能力（图3.2-3 扼流圈）。 图3.2-3 扼流圈 把有效值的定义放在中心位置，先用“等效”的思想说清“为什么这样定义”，再给出正弦式的具体关系，并明确其适用范围，避免学生不分条件地套用。 四、巩固练习 （约6分钟） 1.关系运用：某正弦式交变电流的峰值为 A，其有效值是多少？若接入 Ω 的电阻，1 s 内产生的热量是多少？ 【答】有效值 A；1 s 内产生的热量 J（也可用 J 计算）。 2.定义计算：某方形波交变电流在一个周期内前半周期电流为 2 A、后半周期电流为 0，求它的有效值。 【答】由有效值的定义（热量相等）：，解得 A。 3.概念辨析：把一个正弦式交变电流的峰值增大到原来的两倍，其有效值变为原来的几倍？周期是否改变？ 【答】峰值增大到原来的 2 倍时，有效值也变为原来的 2 倍；周期不变，因为周期由发电机转动的角速度决定，与峰值的大小无关。 4.实际应用：某用电器的额定电压为 220 V，指的是有效值还是峰值？该交流电压的峰值约为多少？ 【答】额定电压 220 V 指的是有效值。该交流电压的峰值约为 V。 第1题练习正弦式的关系式，第2题必须回到有效值的定义（热量相等）计算，第3、4题澄清概念，四题形成由易到难的完整链条。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识主线：周期与频率（）→峰值（）→有效值（热量等效，）→电感与电容对交流的阻碍作用。 2.方法提炼：凡涉及“发热、做功、功率、电表读数、额定值”的计算一律用有效值；凡涉及“击穿电压、最大耐压”的判断一律用峰值。 3.作业布置：完成教材“练习与应用”1～4题。 以“两个值、一条判据”小结本节，强调有效值的定义是“热量相等”，而只是正弦式交变电流的特殊结果。 课堂作业（典型题3道） 题1．如图所示，图甲整个空间均有磁场，图乙磁场只分布在边左侧。匀强磁场磁感应强度均为B，单匝线圈面积均为S，均绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，则图甲和图乙两种转动方式产生感应电动势的有效值之比为（　　） A． B． C． D． 题2．（多选）如图所示，一矩形金属线圈面积为S、匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场的固定轴匀速转动，则（　　）    A．感应电动势的峰值是 B．感应电动势的有效值是 C．从中性面开始转过时，感应电动势的瞬时值是 D．从中性面开始转过的过程中，感应电动势的平均值是 题3．（多选）如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度绕轴匀速转动，则（　　） A．当线圈转到图示位置时，线圈中产生的感应电动势 B．线圈转过时，感应电流为 C．线圈转过过程，流过R的电荷量为 D．线圈转动一周的过程中，外力所做的功 参考答案 题1．B 图甲中，线框在转动的过程中，有两个边ab和cd在切割磁感线，由导体棒切割磁感线产生感应电动势可知线框在转动过程中产生的感应电动势的瞬时值为则有效值为图乙中，线框在转动的过程中，有ab边在切割磁感线，由导体棒切割磁感线产生感应电动势可知线框在转动过程中产生的感应电动势的瞬时值为但是在线框转一周的过程中，有一半的时间不产生感应电动势，所以由有效值的定义式可得其有效值为则图甲和图乙两种转动方式产生感应电动势的有效值之比为故选B。 题2．AD A．磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场的固定轴匀速转动，则产生的是正弦式交变电流，根据正弦式交变电流产生的规律可知，感应电动势的峰值为故A正确；B．图中产生的是正弦式交变电流，则感应电动势的有效值是故B错误；C．从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为转过时，感应电动势的瞬时值为故C错误；D．从中性面开始计时，穿过线圈的磁通量的表达式为则在中性面位置，穿过线圈的磁通量大小为从中性面开始转过，穿过线圈的磁通量大小为则从中性面开始转过的过程中，感应电动势的平均值是故D正确。故选AD。 题3．BCD A．图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线，感应电动势为零，选项A错误；B．线圈转过时，线圈与磁场平行时感应电动势最大，最大值为由闭合电路的欧姆定律可知感应电流为选项B正确；C．线圈从图示位置转过的过程中，穿过线圈磁通量的变化量大小为流过电阻R的电荷量为选项C正确；D．感应电动势的有效值为感应电流有效值为R产生的热量为又联立得由功能关系可知外力所做的功选项D正确。故选BCD。 教学反思 1.学生容易把当成普遍规律，必须强调它只适用于正弦式交变电流。 2.涉及电热和电功的计算要用有效值，涉及电容器耐压要用峰值，这一区别应通过对比练习反复强化。 3.有效值的“等效”思想是本节的方法核心，应让学生亲手完成一次由热量相等求有效值的计算。 8 学科网（北京）股份有限公司 $