以活動(dòng)為載體的《交變電流》的教學(xué)設(shè)計(jì)

朱麗華

隨著課堂改革的深入，“合作探究學(xué)習(xí)”模式已經(jīng)成了目前最流行的學(xué)習(xí)方式.如何在理論性很強(qiáng)的物理課型中展開“合作探究學(xué)習(xí)”，這就需要教師采用開發(fā)自制實(shí)驗(yàn)器材，錄制微視頻、音頻等方法，讓這類課型也能變得生動(dòng)有趣，同時(shí)還能提升學(xué)生的探究能力，切實(shí)提高這類的課型的課堂效率.本文以人教版高中物理選修3-2教材中的《交變電流》教學(xué)中的活動(dòng)設(shè)計(jì)為例，談?wù)勅绾卫枚鄻咏虒W(xué)路徑來激活理論課堂，讓物理理論課更高效有趣.

活動(dòng)一：觀察實(shí)驗(yàn)波形，了解交變電流概念

師：直流電和交流電有什么不同呢？

生：1個(gè)學(xué)生回答.

師：觀看微視頻：“電壓傳感器實(shí)驗(yàn)：觀察學(xué)生電源的直流和交流的輸出電壓波形”，觀察交流電和直流電電壓大小和方向隨時(shí)間變化的規(guī)律有什么不同？

生：1個(gè)學(xué)生回答.

師：在物理學(xué)中，把方向不變的電壓（電流）叫做直流電，符號(hào)：DC；把方向隨時(shí)間改變的電壓（電流）叫做交變流電，簡(jiǎn)稱交流電，符號(hào)：AC.

師：在圖1的四幅電流i隨時(shí)間t變化的圖象中，表示交流電是（）.

生：1人回答，并說明理由.

師：B是方波交流電，C是正弦式交流電，D是鋸齒波交流電，A是脈動(dòng)直流電，電流大小和方向都不變的叫穩(wěn)恒直流電.

設(shè)計(jì)意圖通過自制的微視頻，讓學(xué)生觀察交流電和直流電電壓大小和方向隨時(shí)間變化規(guī)律，概括兩種電流的區(qū)別，歸納出基本概念.在這一環(huán)節(jié)中沒有現(xiàn)場(chǎng)做實(shí)驗(yàn)，而是采用了目前流行的“微課”教學(xué)形式，這樣的設(shè)計(jì)不僅教學(xué)效果好，還節(jié)省了時(shí)間，是一次有益的教學(xué)嘗試.

活動(dòng)二：觀察模型，了解手搖交流發(fā)電機(jī)構(gòu)造

過渡：直流電中的穩(wěn)恒電流已經(jīng)學(xué)習(xí)過，這一章將研究交流電.

師：插座上的交流電電從哪里的來的？

生：集體回答.

師：我國(guó)最大的水力發(fā)電站是什么發(fā)電站？

生：集體回答.

師：三峽水力發(fā)電機(jī)，它是如何發(fā)電呢？我們暫時(shí)沒辦法到實(shí)地去看，不過這里有臺(tái)手搖交流發(fā)電機(jī)如圖2，它也可以發(fā)電，有沒有同學(xué)要上來試試，看看它到底能不能發(fā)電？

生：1個(gè)學(xué)生上臺(tái)做實(shí)驗(yàn).

師：想知道它是如何發(fā)電嗎？一起來看它的構(gòu)造，它由磁鐵、線圈、滑環(huán)、電刷等部件組成.展示模型圖.請(qǐng)大家利用桌上的兩個(gè)紅藍(lán)木塊、線圈和支架等道具搭建一個(gè)模型，紅藍(lán)木塊表示電磁鐵的N極和S極.

師：如圖3所示當(dāng)線圈在磁場(chǎng)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為什么會(huì)有電流產(chǎn)生？[TP1GW07.TIF，Y#]

生：討論，1個(gè)小組回答.

設(shè)計(jì)意圖在傳統(tǒng)的課堂中都是教師演示“手搖發(fā)電機(jī)發(fā)電的實(shí)驗(yàn)”，然后學(xué)生對(duì)照?qǐng)D片分析交變電流產(chǎn)生的規(guī)律，這樣的設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生的空間想象力要求很高，教學(xué)效果不是很好.為了突破這一教學(xué)重難點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了如圖所示的分組實(shí)驗(yàn)，并配合即時(shí)貼表示線圈AB、CD邊切割速度方向和電流方向，這樣的設(shè)計(jì)降低了教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)通過師生合作、生生合作等形式共同合作探究，使課堂效率得到明顯的提升.

活動(dòng)三：小組合作，描述交變電流方向改變規(guī)律

[JP2]過渡：今天我們就要用已學(xué)的電磁感應(yīng)知識(shí)來研究交流電.[JP]

師：猜想它產(chǎn)生的是交流電還是直流電？

生：1個(gè)學(xué)生回答.

師：有哪些判斷線圈中感應(yīng)電流的方向的方法？

生：2個(gè)學(xué)生回答（兩個(gè)方法：楞次定律和右手定則）.

師：線圈從垂直磁感線開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周的過程中，AB邊（紅邊）和CD（藍(lán)邊）的電流方向發(fā)生變化了嗎？在哪些位置電流方向發(fā)生了變化？在這個(gè)位置前后AB邊（紅邊）和CD（藍(lán)邊）電流分別是什么方向？

師：第一個(gè)階段（線圈轉(zhuǎn)90°），師生共同分析.先用右手定則判斷感應(yīng)的電流的方向，再用楞次定律判斷.

師：接下來三個(gè)階段，請(qǐng)判斷并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)一周電流方向變化的規(guī)律.

生：結(jié)合導(dǎo)學(xué)案中圖片以及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停〗M合作完成實(shí)驗(yàn)表格，并小組匯報(bào)展示（每組兩人上臺(tái)展示）.

師：每經(jīng)過磁場(chǎng)與線圈平面垂直的位置電流方向改變一次，物理上把這個(gè)位置叫做中性面.

師：中性面還有什么特點(diǎn)？

生：1～2人回答，其他同學(xué)補(bǔ)充.

設(shè)計(jì)意圖在這一環(huán)節(jié)沒有采用《人教版》教材中的四個(gè)問題讓學(xué)生分析，而是先“師生合作”分析第一階段的電流方向變化的規(guī)律，再“生生合作”分析后面三個(gè)階段的電流方向的變化規(guī)律.通過不同層面的合作學(xué)習(xí)，教師起到了應(yīng)有的引導(dǎo)示范作用，學(xué)生通過小組合作培養(yǎng)小組合作探究能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過程.

活動(dòng)四：小組合作，描述交變電流大小改變規(guī)律

過渡：現(xiàn)在已經(jīng)知道手搖發(fā)電機(jī)模型能產(chǎn)生交流電，那么它產(chǎn)生交流是什么形式的交流呢？鋸齒波？方波？還是正弦波？下一步應(yīng)該探究什么了？

生：集體回答（探究線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或者電流大小變化規(guī)律）

師：給出一些模型參數(shù)：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸在線圈的對(duì)稱軸上，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，線框AB邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1、BC邊長(zhǎng)L2，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)角速度為ω，匝數(shù)為N，線框總電阻為r，外電路總電阻為R.

師：試求從中性面開始計(jì)時(shí)，線圈的電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流隨時(shí)間的變化規(guī)律？

師：用什么方法求線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的大??？

生：法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律.

師：像剛才研究電流方向一樣，仍由特殊到一般，逐步分位置求線圈中感應(yīng)電動(dòng)和感應(yīng)的電流的大小.為了方便研究，需要畫出平面圖，大家知道這是從哪個(gè)角度看的平面圖嗎？

生：集體回答.

師：先求中性面和垂直中性面這兩個(gè)特殊位置的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流.

生：在教師的引導(dǎo)下回答問題，教師板書.

師：求從中性面開始，經(jīng)時(shí)t，在一般位置斜切割，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？感應(yīng)電流多少？

師：提示問題串：①線圈與中性面的夾角是多少？②AB邊[LL]切割有效速度多大？③AB邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？④線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大？⑤線圈中的感應(yīng)電流多大？

生：先獨(dú)立完成，再小組討論形成共識(shí)，并小組匯報(bào).

師：這個(gè)隨時(shí)間變化的值叫做瞬時(shí)值，最大值叫峰值.

師：從中性面開始計(jì)時(shí)，設(shè)一開始的電流方向?yàn)檎较?，畫出線圈感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象.

生：獨(dú)立完成.

師：物理學(xué)中把這種交流電叫做正弦式交流電.

設(shè)計(jì)意圖交流電大小變化的規(guī)律是本節(jié)課的難點(diǎn)，人教版教材中沒有具體推導(dǎo)過程，但在課后練習(xí)中有理論推導(dǎo)的要求.因此，在這一環(huán)節(jié)中，根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，筆者認(rèn)為要讓學(xué)生在課堂上通過“法拉第電磁感應(yīng)定律” 把變化規(guī)律推導(dǎo)出來.采取的教學(xué)方式同“活動(dòng)三”：先“師生合作”分析特殊位置，再“生生合作”分析一般位置，在具體的分析一般位置的電流變化規(guī)律的時(shí)候，設(shè)計(jì)了一個(gè)“問題串”，便于學(xué)生分析，這樣的設(shè)計(jì)，可以有效的分解教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)提升學(xué)生理論分析的能力.