以活动为载体的《交变电流》的教学设计

朱丽华

随着课堂改革的深入，“合作探究学习”模式已经成了目前最流行的学习方式.如何在理论性很强的物理课型中展开“合作探究学习”，这就需要教师采用开发自制实验器材，录制微视频、音频等方法，让这类课型也能变得生动有趣，同时还能提升学生的探究能力，切实提高这类的课型的课堂效率.本文以人教版高中物理选修3-2教材中的《交变电流》教学中的活动设计为例，谈谈如何利用多样教学路径来激活理论课堂，让物理理论课更高效有趣.

活动一：观察实验波形，了解交变电流概念

师：直流电和交流电有什么不同呢？

生：1个学生回答.

师：观看微视频：“电压传感器实验：观察学生电源的直流和交流的输出电压波形”，观察交流电和直流电电压大小和方向随时间变化的规律有什么不同？

生：1个学生回答.

师：在物理学中，把方向不变的电压（电流）叫做直流电，符号：DC；把方向随时间改变的电压（电流）叫做交变流电，简称交流电，符号：AC.

师：在图1的四幅电流i随时间t变化的图象中，表示交流电是（）.

生：1人回答，并说明理由.

师：B是方波交流电，C是正弦式交流电，D是锯齿波交流电，A是脉动直流电，电流大小和方向都不变的叫稳恒直流电.

设计意图通过自制的微视频，让学生观察交流电和直流电电压大小和方向随时间变化规律，概括两种电流的区别，归纳出基本概念.在这一环节中没有现场做实验，而是采用了目前流行的“微课”教学形式，这样的设计不仅教学效果好，还节省了时间，是一次有益的教学尝试.

活动二：观察模型，了解手摇交流发电机构造

过渡：直流电中的稳恒电流已经学习过，这一章将研究交流电.

师：插座上的交流电电从哪里的来的？

生：集体回答.

师：我国最大的水力发电站是什么发电站？

生：集体回答.

师：三峡水力发电机，它是如何发电呢？我们暂时没办法到实地去看，不过这里有台手摇交流发电机如图2，它也可以发电，有没有同学要上来试试，看看它到底能不能发电？

生：1个学生上台做实验.

师：想知道它是如何发电吗？一起来看它的构造，它由磁铁、线圈、滑环、电刷等部件组成.展示模型图.请大家利用桌上的两个红蓝木块、线圈和支架等道具搭建一个模型，红蓝木块表示电磁铁的N极和S极.

师：如图3所示当线圈在磁场绕轴转动时为什么会有电流产生？[TP1GW07.TIF，Y#]

生：讨论，1个小组回答.

设计意图在传统的课堂中都是教师演示“手摇发电机发电的实验”，然后学生对照图片分析交变电流产生的规律，这样的设计，对学生的空间想象力要求很高，教学效果不是很好.为了突破这一教学重难点，笔者设计了如图所示的分组实验，并配合即时贴表示线圈AB、CD边切割速度方向和电流方向，这样的设计降低了教学难点，同时通过师生合作、生生合作等形式共同合作探究，使课堂效率得到明显的提升.

活动三：小组合作，描述交变电流方向改变规律

[JP2]过渡：今天我们就要用已学的电磁感应知识来研究交流电.[JP]

师：猜想它产生的是交流电还是直流电？

生：1个学生回答.

师：有哪些判断线圈中感应电流的方向的方法？

生：2个学生回答（两个方法：楞次定律和右手定则）.

师：线圈从垂直磁感线开始顺时针旋转一周的过程中，AB边（红边）和CD（蓝边）的电流方向发生变化了吗？在哪些位置电流方向发生了变化？在这个位置前后AB边（红边）和CD（蓝边）电流分别是什么方向？

师：第一个阶段（线圈转90°），师生共同分析.先用右手定则判断感应的电流的方向，再用楞次定律判断.

师：接下来三个阶段，请判断并发现转一周电流方向变化的规律.

生：结合导学案中图片以及实验模型，小组合作完成实验表格，并小组汇报展示（每组两人上台展示）.

师：每经过磁场与线圈平面垂直的位置电流方向改变一次，物理上把这个位置叫做中性面.

师：中性面还有什么特点？

生：1～2人回答，其他同学补充.

设计意图在这一环节没有采用《人教版》教材中的四个问题让学生分析，而是先“师生合作”分析第一阶段的电流方向变化的规律，再“生生合作”分析后面三个阶段的电流方向的变化规律.通过不同层面的合作学习，教师起到了应有的引导示范作用，学生通过小组合作培养小组合作探究能力，体验科学探究的一般过程.

活动四：小组合作，描述交变电流大小改变规律

过渡：现在已经知道手摇发电机模型能产生交流电，那么它产生交流是什么形式的交流呢？锯齿波？方波？还是正弦波？下一步应该探究什么了？

生：集体回答（探究线圈中产生的感应电动势或者电流大小变化规律）

师：给出一些模型参数：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的转轴转动，轴在线圈的对称轴上，设匀强磁场的磁感应强度B，线框AB边长为L1、BC边长L2，转动时角速度为ω，匝数为N，线框总电阻为r，外电路总电阻为R.

师：试求从中性面开始计时，线圈的电动势和感应电流随时间的变化规律？

师：用什么方法求线圈中感应电动势和感应电流的大小？

生：法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律.

师：像刚才研究电流方向一样，仍由特殊到一般，逐步分位置求线圈中感应电动和感应的电流的大小.为了方便研究，需要画出平面图，大家知道这是从哪个角度看的平面图吗？

生：集体回答.

师：先求中性面和垂直中性面这两个特殊位置的感应电动势和电流.

生：在教师的引导下回答问题，教师板书.

师：求从中性面开始，经时t，在一般位置斜切割，感应电动势多大？感应电流多少？

师：提示问题串：①线圈与中性面的夹角是多少？②AB边[LL]切割有效速度多大？③AB边中的感应电动势多大？④线圈中的感应电动势多大？⑤线圈中的感应电流多大？

生：先独立完成，再小组讨论形成共识，并小组汇报.

师：这个随时间变化的值叫做瞬时值，最大值叫峰值.

师：从中性面开始计时，设一开始的电流方向为正方向，画出线圈感应电流随时间变化的图象.

生：独立完成.

师：物理学中把这种交流电叫做正弦式交流电.

设计意图交流电大小变化的规律是本节课的难点，人教版教材中没有具体推导过程，但在课后练习中有理论推导的要求.因此，在这一环节中，根据学生的学情，笔者认为要让学生在课堂上通过“法拉第电磁感应定律” 把变化规律推导出来.采取的教学方式同“活动三”：先“师生合作”分析特殊位置，再“生生合作”分析一般位置，在具体的分析一般位置的电流变化规律的时候，设计了一个“问题串”，便于学生分析，这样的设计，可以有效的分解教学难点，同时提升学生理论分析的能力.