“交流电有效值”概念教学的突破
南京市金陵中学 210005 陈立其
人教版高中物理教材选修
3-2
模块中《描述交变电流的物理量》这一节介绍了交变电流
的峰值、瞬时值、平均值和有效值,还给出了周期和频率的概念。一直以来该节课的教学是平
淡无奇,也确实没有什么闪光点可以“耀”一下学生甚至是听课教师的眼睛。实际上,教师
在后续教学中发现,学生经常会将平均值和有效值混淆,在求交变电流的电量和发热量
经常出错,究其原因,还是学生在有效值的学习中留下了疑点,没有将这个教学难点有
地突破。
从新旧教材对比发现,原先的旧教材中只是简单地给出了交流电有效值的定义,而
教材中则以“思考和讨论”巧妙地设计了一个问题,让学生对“热的等效”有了一定的
会后再给出有效值的定义,这样处理起来就比较合理和自然。考虑到教材设计思想,笔者在
教学过程中,在学生学习了峰值、瞬时值和平均值之后,提出问题,让学生思考如何求交变
电流的发热量,学生自然会想到用平均值,通过计算机辅助计算和讨论,发现用平均值
出的不是发热量,进一步激发学生思考,顺理成章地导出了有效值的概念,这样做师生
感觉自然、印象深刻。下面以课堂教学中问题串的设计为主线,来分析该节课的设计思想和
教学过程。
一、温故知新,开 山巧
师:上节课我们学习了第一节交变电流,请思考:
问题
1
观察图
1
中几个电流与时间的图象
,
判断哪些是交变电流
?
生:
ACD
问题
1
意在强调交变电流的“变”,并为后面讨论不同形式的交变电流有效值计算具
有不同的表达形式留下伏笔。
问题
2
请尝试写出图
2
两个电流的瞬时值表达式。
生:
i
1
=2A
i
2
=2sinωt=2sin100πtA
2
意在会正恒定
1
1
2
3
它的值随时间一直在变,为后面求交变电流通过电阻的发热量的困难做好了铺垫。
问题
3
如图
3
所示,匀强磁场的磁感应强
B=0.2 T
,电阻
R=1Ω
、匝数
n=50
的矩形线圈
abcd
绕中心轴
OO
匀速转动,速度
ω=5rad/s
已知
ab=0.1 m
bc=0.2 m
求:线圈从中
开始转过
90°
的过程中的流过线圈面的电流的峰值和平均值。
生:峰值为:
平均值为:
问题
3
意在学生峰值平均的概,并提出
4
以后现激思想
做了准备
二、因 ,解惑 疑起波
问题
4
线圈从中开始转过
360°
的过程中,线圈电阻上生了一定的热量。你打算如
何求出该热量
计算吧?
正确呢?
率 的 表 达 式 为
P=I
2
R
4
P-t
线
理。
P=i
2
R=I
m
2
Rsin
2
ωt
流值输入
office
的电出如图
4
所示的阴影部分的面它在数值上就应该
该正弦交变电流在
t
时间内产生的热量。
5
windows
,将
值求
发热量是不正确的。
A
R
SnB
I
m
1
A
R
TnBS
R
E
I
24//
2
5
4
4
1
0 0.1 0.2
补法验证这样做,既解决了学生数学上的障碍有效地用了学生掌握的计算机技术
让学生在信息课上学习的知识得以发挥利用。教学中发现,学生能够利用计算机处理该问题。
三、集思广益,攻 重等效
问题
5
然不用平均值求交变电流的发热量。我们应该办呢?
生:……
师生:师生分讨论后)假设有两个交变电,其变化规律如图
6
所示,它们的最大
与周期都同,它们的瞬时表达式分为、,其中,它们分别加在两个阻值同的电阻上,
设电阻的阻值为
R
由于电流的热效应与电流的方向及先后用的时间顺在一
个周期两个交流电生的焦耳同,设都为
Q
生的焦耳
Q
=2Q
一时刻
t
,这两个电阻上
的热率分为:
,,
两个电阻上的发热率为:
可以出:两个电阻上的发热率是一定值,与时刻
t
,所以在一个周期
个电阻上的发热量为:
用一个恒定的电
U
的电,分同的两个电阻
R
电,在
T
时间
个电阻生的热量是:
两个电阻生的热量为:
直流电值,使得
Q
=Q
tUu
m
sin
1
tUu
m
cos
2
T
2
R
tU
R
u
P
m
2
2
1
1
)sin(
R
U
R
ttU
PPP
m
m
2
222
21
)cos(sin
TT
R
U
PQ
m
2
T
R
U
Q
2
T
R
U
Q
2
2
3
u
2
O
U
m
-U
m
T
t
t
O
U
m
-U
m
T
t
6
而这个恒定电流的电
U
就是正弦交变电流的电有效值。
:这种方法教师学生先准备仅仅依靠课堂上师生一起讨论是不容易得出的。
数学基础好的学生也类似的巧
师:让交流电和直流电通过同的电阻,如们在时间同的热量,我
该直流电的值就做交流电的有效值。
四、 一反三, 内涵外延看“交流”
6
交变的有与峰
间都有这样的定量关系呢?
生:不是。
1
C
图的方波交流电就不是的。
7
所示,其有效值为
2A
6
7
8
巧妙地应了问题
1
看似简单的提问。
问题
7
如图
8
所示电流通过一个
R=1Ω
的电阻。
样计算通过
1 S
电阻
R
生的热量
?
根据焦耳律得
8
R
s
同的热量,这个电流是多大?
根据焦耳律得
9
中的线就是表示有效值
1.67A
问题
7
8
安排正弦变电的有值和效值后,在通现有
外延的形式,进一步强有效值的内涵正意义。
问题
9
出正弦交变电流有效值的其他证明方法吗?
五、小 大,平淡无奇
T
R
U
T
R
U
2
m
2
2
2
m
U
U
4
J
J
RtIQ
8.2
2)3.0122.011(
22
2
1.67AA
11
2.8
Rt
Q
I
RtIQ
2
9
7
8
问题
10
为什么交变电流的有效值会用热效应来定义呢?什么不用电流的磁效应电流
的生物效应的效应呢?
生:。。。。。。,不应该是吧?
生:是不是因为交变电流的热效应比其效应与人活更密切相关?
生:应该是热效应比其效应更容易测吧?
问题
10
意在激发学生思考,教师不给出所的“标准答案”。
问题
11
你能节课学习的内容提出至一个新的问题吗?
问题
10
11
属于开放性问题,意在培养学生提出问题和思考问题的意能力同时
也通过问题
10
的思考发现,生看似偶然的节中一都有其然的依据多去
考和体会,会有不收获
新课程的理念之一是以人为,这就求教师在教学过程中学生当作感、
立思考能力的人,而不是知识信息接受媒体和容器教师要尊重学生的想
善于从学生的思考问题,提出问题,发学生自己去寻找解决题的方法,让
生成,让思有机成
文献
:
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朱慕菊 进新课程与课程实者对
[M].
:
京师范大学出版
,2003.12-34.
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梁树森 物理学习论
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广西
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广西出版
,1996.12-32.
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