高中物理 选修二（人教版）《交变电流》单元教学设计

交变电流单元教学设计基本要求

一、单元教学设计

(-)单元基本信息

学科物理实施年级高二设计者

课程标准模块选择性必修二第三章交变电流

使用教材人民教育出版社2019版

单元名称第三章交变电流

单元课时4课时

(二)单元教学规划

1.主题名称：交变电流

2.主题概述：

(1)课标分析

从恒定电流到交流电流，我们对电世界的认识在加深和发展，直流电是基础，交流电是发展。

在教学上应重视在已有知识的基础上探索交流电的规律，联系实际解决问题，直流电的基本概念

有电流、电压、电阻、电动势和电功率等；基本规律有欧姆定律、焦耳定律及串并联电路的计算

规律。这为学习交流电奠定了基础。

交变电流跟我们的生活和产生有亲密的关系。我们如何在直流电的基础上把握好交流电的教

学？这要在已有的物理知识的基础上探索交流电的特征，寻找交流电的规律和解决交流电问题的

方法

课程标准中对“交变电流”的教学要求：通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正

弦交变电流.通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系.知道远距离输电时通常

采用高压输电的原因，及远距离输电的模型，和输送过程中电能的损失及电压的变化.交变电流

单元由“交变电流”“变压器的原理”“交变电流的输送”三个进阶主题构成，其中变压器只是

电能远距离输送的一个必备工具，本章的核心概念是交变电流，实质上是能量观念和运动与电磁

感应定律的具体综合应用.单元教学内容分析将在知识结构、逻辑结构、隐含的核心素养等方面

展开.

认真研读课本和研读课标有以下几点值得关注：

①交变电流是电磁感应的延续、发展和具体应用，交变电流知识是单元知识的理论基础，

有承上启下的作用.在学习交变电流的产生原理基础上，探讨交变电流的定量描述问题.交变电

流变化规律是本单元的重点内容，学生通过学习应该能从数学角度进一步认识交变电流的周期

性，通过有效值的分析和计算体会等效代替等科学方法在科学研究中的应用.

②变压器是用来改变交变电流电压的，互感现象是变压器工作的基础.变压器是电磁感应知

识与交变电流概念的综合应用，体现了交变电流的优点，为电能输送奠定了基础.让学生在学

习电磁感应的基础上理解互感现象，明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，原、副线圈中的感应

电动势之比只与匝数有关.

③高压输电变压器知识与交变电流概念的综合应用，体现了交流输电的优点.教学设计将理

论分析与实验验证相结合，使学生理解高压输电原理，指向科学探究素养的形成，培养和提高

学生运用物理知识综合分析、解决实际问题的能力.

(2)教材分析

“交变电流”是选择性必修2模块中“电磁感应及其应用”主题的内容，课标中把交变电

流的产生与远距离传输作为主题，要求如下：

①观察电流或电压波形图，理解交变电流、直流电流概念与区别

②了解交变电流的产生及能量转化情况，具有应用基本原理解决新情景问题能力

③知道交变电流的变化规律及表示方法，能用公式描述正弦交变电流，会求交变电流的瞬时

值与峰值，能根据电流热效应计算其有效值，并学会通过实例区别四值

④知道变压器的构造及几种常见变压器，结合电磁感应的知识和能量观念理解变压器工作原

理

⑤用控制变量法探究变压器原副线圈电压与匝数的关系，分析实验数据得出实验结论，并推

导出原副线圈电流、功率的关系，并会用其解决问题。

⑥了解从发电站到用户的远距离输电过程，建立远距离输电模型，同时通过实例和应用训

练，掌握远距离输电模式及功率损耗等相关问题的求解方法，培养科学态度与社会责任感

本单元的核心概念是：

①交变电流的产生及变化规律，掌握用公式和图像描述交变电流的方法，能综合运用物理规

律分析求解交变电流相关问题，包含中性面、四值、功、功率等；

②从电磁感应的知识和能量观念理解变压器的工作原理及作用；

③从降低输电损耗进行远距离输电，掌握远距离输电问题的分析和求解方法。

(3)学情分析

学生在刚刚学习了电磁感应一个章节的课程，再来学习交流电一章。虽说学生已通过对直流

电学习已有一定的基础，但是对交流的认识还只是局限于生活中的常见电器，比较肤浅，对两种

电流的区别不明确。表现在：

①在本单元学生第一次接触到许多新名词，如：交流电、正弦交流电、中性面、瞬时值、最

大值和各种模型如变压器、远距离输电等，在教学中必须要让学生搞清楚这些名词的准确含义，

②在教学过程中学生可能会对交变电流的产生不理解，交流发电机原理不清楚，变压器工作

原理模糊、远距离输电模型的认识不清等等，怎样对学生的学习加深难度，所以在教学过程中要

让学生成为主体，采用实验探究式教学方式，让学生直观明了，印象深刻。

③本节内容相对于直流电而言，最大特点就是“变“，对于变化的物理量学生往往会感到困

难，特别是第一次接触这么多的新名词，如交变电流、正弦式电流、中性面、瞬时值、峰值、变

压器、远距离输电等，如何让学生清楚地理解这些概念，掌握交流电的变化规律、正确理解变压

器工作原理和远距离输电模型，是处理好本单元的关键。从情感角度看，生活在现代社会的我们，

交变电流是生活和生产中最常见的电流，是我们最亲密的朋友。如果没有了交流电，我们的生受

到好多负面影响，所以要通过实例让学生交变电流的重要性及深深的爱上这一章。

(4)单元内容与核心素养关联分析

本部分着重从物理学科核心素养的四个方面来分析，具体如下：

①物理观念

交变电流的学习是建立在学生对楞次定律、法拉第电磁感应、直流电的理解基础上的，通过

观察电流(或电压)的波形图，理解交直流的概念及区别，通过分析线圈转动一周的过程中电动

势和电流方向的变化，对交变电流的产生有清楚的了解，具有运用基本原理解决新情景问题的能

力；知道交变电流的变化规律及表示方法，能用公式和图像描述正弦式交变电流，正确理解交

变电流的“四值”问题，综合运用物理规律分析求解交变电流相关问题；能完成“探究变压器原

副线圈电压与电流的关系”分析实验数据总结实验结论，构建理想变压器模型并应用其解决问

题，具备相关的能量观点；同时学会建立远距离高压输电模型，从降低输电损耗情景中发现并提

炼问题，提高分析探究问题能力。

②科学思维

在前面高中课程的学习中，学生已具备模型建构的能力。在本单元中通过运用楞次定律和法

拉第电磁感应定律分析交变电流的产生过程，推导并掌握感应电动势、感应电流及磁通量的变化

规律，通过比较理解交变电流的“四值”及适用条件，运用等效法理解交变电流有效值的求解方

法；通过建构理想变压器模型，进一步体会理想化模型在物理学研究中的作用；结合电磁感应的

知识和能量观念理解变压器的工作原理；用控制变量法进行''探究变压器原、副线圈电压与匝数

的关系”实验，提高科学探究能力；通过建构远距离输电模型，掌握远距离输电问题的分析和求

解方法。

③科学探究

通过实验观察交变电流的波形，实验探究电感器和电容器对交变电流的作用，实验探究变压

器原副线圈中电压与匝数的关系；通过对降低输电损耗问题情境的探究，培养发现并提出问题、

运用已有知识分析解决问题的能力，应用实验及理想化模型等方法，发展科学思维，培养学生科

学探究能力。

④科学态度与责任

通过观察实验现象、探究问题、发现规律，认识科学本质，理解交变电流的产生及其特征，

掌握其描述和应用的方法；通过交变电流的产生、发电机、电动机、变压器、电网供电及远距离

输电等知识的学习，了解科技对人类社会发展的影响，培养科学态度及社会责任。

(5)单元设计亮点

①任务统领。本单元在设计时以“电能”这个大概念为统领，以“点亮灯塔”活动为主线，

再根据教学目标把单元任务进行分解，分解为如何产生电，如何进行远距离输电两个子任务，整

个单元在停电的教学事故中展开，在停电点亮“灯塔”完成任务中结束，前后呼应，单元内容统

一、完整。

②实验改进。实验设计方面用将灵敏电压传感器引入交变电流产生、特点、变压器的变压原

理等学生实验中，将抽象问题直观、形象。同时教学中还用到延时摄影、无线充电等技术来进行

现象、规律分析。

③过程可视化。团队成员用GeOGebra软件，制作了发电机发电过程三维模拟动画，直观呈

现交变电流的产生过程及变化规律。模拟动画能非常清晰展示线圈在不同位置时，磁场方向、线

圈线速度及分速度、感应电流方向等物理量随转动角度变化情况，线圈可以在任意位置停止进行

分析，也可以转动观察，相应物理量变化情况直观、可视，有助于学生对内容的理解。

(6)单元任务分析

整章在通过提炼出的大概念找出单元核心问题，设计出单元任务，然后对本章内容进行整

合、重组，将第一节交变电流的表达式的内容整合到第二节交变电流变化快慢的物理量周期和

频率一起介绍。根据重组内容每一节围绕单元任务结合教学内容设置许多子任务，逐节展开，

形成具有明确任务的结构化教学设计。

①单元整体的设计思路:

电能

电的产生及远距离传输

用自制发电机，通过远距离输电，点亮灯塔

单元任务：用自制发电机，通过远距离输电，点亮灯塔

子任务核心知识对应章节课时

交变电流的产生第1节交变电流1课时

如何发电

交变电流的特点第2节交变电流的规律及描述1课时

如何实现变压第3节变压器1课时

如何实现远

距离输电怎样进行远距离输电第4节电能的输送1课时

单元教学流程图

实践

情境创设一：制造电能，并介绍电兴趣小组汇报课前

停电的教学事故能的发展历程参观电厂的情况

L由特殊到一般，由简单到复杂，由生活中常

先分析线圈在几个特殊位置时，感应电动势用的220V表实验三：用恒定电流和

推导出正弦交变电流的一般表

的情况，再以及在任意特殊位置时，感应电正弦式交变电流分别给

达式，并结合电压图形找到周

动势的情况，最后在找出整个转动过程感应示的什么电水加热，观察温度变化

电动势的变化情况、期、频率、峰值等概念压问题引发

思考

3.单元设计分析

(1)单元教学设计背景

根据高中物理新课程的目标要求，根据立人教育的理念，高中物理要培养全体学生的科学素

养和创新水平、要通过这节课的学习让学生学习物理学的根本概念，掌握物理学研究的根本技

能，了解物理学的主要成就以及对社会开展的影响，并且要强调对学生科学探究水平、实践水平、

自主学习水平的培养，要培养学生的学习兴趣，培养学生实事求是的科学态度和科学精神，培养

学生的空间想象能力，抽象思维水平，培养学生应用数学知识综合解决物理问题的水平，科学的

思维方法。

(2)单元教学设计指导思想

“交变电流”单元的学习过程设计，在单元教学内容和学情分析的基础上，将一系列学习事件

有机组织起来，不仅考虑到学生的认识由简单到复杂的逐级进阶，还考虑到学习内容本身的知识

结构、教材编排，以及学生的实际学习情况等特点.基于学习进阶系统规划知识衔接及单元内的

认知逻辑，在促进学生知识结构化过程中发展学生的物理观念；基于学习进阶系统规划伴随知识

学习的思维发展，在促进学生掌握思维程序与策略的过程中形成物理问题解决的思路；依据进阶

理论进行教学设计，让知识之间的内在联系更加紧密，将单元知识进行整合优化，让学生从整体

上认识物理学科体系，以整合和进阶为主线促进核心素养发展的“交变电流”单元教学设计。

(3)单元教学设计学习目标

本章知识首先介绍交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的一些基本物理量.在此基础

上介绍变压器工作原理及远距离输电问题。在学习本章时，既要注意本章知识所具有的新特点

(如周期性、最大值和有效值，瞬时值，平均值).还要时时注意本章知识与电磁感应规律的联

系更要加强同社会生活、实践的联系把教材本章内容设计成四个课时来组织学习活动：

课时一：交变电流；

课时二：交变电流的规律及描述；

课时三：变压器

课时四：电能的输送

学生最后的预期学习成果将是一份关于“输电技术的现状及发展历程”的研究报告。

主题学习目标(描述该主题学习所要达到的主要目标)

①体现实验乐趣，进一步提高对新问题的观察、分析和推理能力，结合演示实验，体会交直

流电的区别，采取由感性到理性，由定性到定量逐步深入的方法，运用数学规律，导出交变

电流的变化规律。

②培养学生独立思考的思维习惯。培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯，了解

从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理

③在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力

通过思考、讨论、阅读，培养学生阅读、分析、综合和应用能力情感态度与价值观

④通过对物理规律的定性、定量的推导，体验探究发现的乐趣，培养探究物理规律的能力。

让学生了解多种电器铭牌，介绍现代科技的突飞猛进，激发学生的学习热情

⑤培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。培养学生遇到问题要认真、

全面分析的科学态度，介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。

4.开放性学习环境：

(1)学习资源的应用平台，在线学习平台，智慧校园物联网平台。

(2)课程演播室及视频制作工作室。

(3)课程教学中各种应用软件的使用教程微课。

(4)视频、图片、多媒体课件、实物投影展台、实物投影仪、手机等多媒体设备及相关数据

处理软件。

(5)教师的信息素质，不断提高的教师数字资源开发能力。

5.教学评价建议：

本单元教学与现实生活紧密相连，知识体系框架容易搭建，但在教学中要想体现实验的创新

和打造新颖实验课堂有一定的难度，只有实现了实验活动的创新，才能更好培养学生创新能力。

6.反思性教学改进：

本单元教学设计围绕交变电流这一章的核心概念展开，分别从主题概述、主题学情分析、开

放性学习环境、单元学习目标、教学过程和教学评价等方面系统地设计单元教学内容。我们均

清楚直流电是基础，交流电是发展，《交变电流》实质上是对上一章《电磁感应》的延续，是

电磁感应理论的应用，跟科学技术和实际生活密切相关，我们如何在直流电的基础上把握好交

流电的教学？这要在已有的物理知识的基础上探索交流电的特征，寻找交流电的规律和解决交

流电问题的方法。在教学上应重视在已有知识的基础上探索交流电的规律，联系实际解决问题

通过对这一章节的系统学习，帮助学生逐步构建起交变电流的产生、变压器、远距离高压输电

的模型，形成大概念和大思路，进而发展了学生物理核心素养。学习交流电，应理论联系实

际，在分析和解决实际问题中掌握知识，联系实际，学以致用，我们不仅要认识世界，重要的

是改造世界。

7.课时教学设计

第1课时1、交变电流

1.1课时教材分析：

本节内容是前一章电磁感应的运用，也是本章后续学习的基础，具有承上启下的作用，同时本

节内容与生产生活紧密相连，既有理论建构的难度，也有实际应用的价值，因此可以有效的培养

学生理论模型建构的能力与运用理论知识解决实际问题的能力。

1.2课时学情分析：

学生在刚刚学习了电磁感应一个章节的课程，再来学习交流电一章。虽说学生已通过对直流电

学习已有一定的基础，但是对交流的认识还只是局限于生活中的常见电器，比较肤浅，对两种电

流的区别不明确。高中生认知发展已经接近成人水平，具有更高的抽象概括性。思维上具有更大

的独立性，喜欢探寻事物本质。

1.3课时学习重点：

交流电的变化规律及表达式的推导交流电的有效值

1.4课时学习难点：

对交流电规律的掌握和对有效值的理解

1.5开放性学习环境：

探究一研讨学习、讨论法、启发式教学、实验探究式教学

1.6课时学习目标：

(1)知道发电机的原理和分类

(2)知道什么是交变电流

(3)理解交变电流是如何产生的

1.7课时教学过程：

教学过程

情境引入

师：同学们，我们上课了

活动：在正式开始上课后，设计一个停电的教学事故，教室突然处于黑暗之中，学生躁动紧

张，大约5-6秒后，打开教室照明设备。

师：刚刚我们经历了一小段停电的时光，伸手不见五指，你有什么感受？停电给我们的课堂

就带来了很多的不便，可见电对我们的生产生活的重要作用，小到教室里的电脑灯火，大到高楼

工厂，电无处不在，而我们现在习以为常的电，在100多年前，可是非常稀缺的资源，吃水不忘

挖井人，让我们一起来了解一下电力的发展简史。

师：介绍电力发展简史

设计意图：让学生切身感受电对课堂的重要性，没有电教学都无法正常进行，联系现实生活，知

道现代生活中电无处不在，深刻体会电对现代生活的重要作用，并介绍电力发展简史，感受科学

进步对我们生产生活与发展的积极作用。

师：正是这些科学先辈的不懈努力才为我们今天的美好生活奠定了基础，他们如同灯塔照亮

人类进步的道路，为了进一步了解现代电力系统，课前同学们参观了铜陵发电厂，现在请几位学

生代表来和我们分享一下他们的所见所闻。

活动：学生代表上讲台分享在发电厂看到的场景和感受。

师：同学们参观了发电厂，学习到了一些电厂发电的知识（初步了解了些发电、输电、用电

知识），但还有一些疑惑。在接下来的这一章学习中，我们就将一步步的揭开“第三章交变电流”

的神秘面纱。同学们，再看看老师手上有一盏灯塔（灯塔让学生说），大家都知道灯塔代表着希

望，我希望同学们在本章内容的学习带着一个点亮灯塔的任务，用我们学到的知识去设计一个完

整的发电、输电电路来点亮黑夜中的这一盏灯塔，体会科技进步对人类发展的重要作用。

设计意图：教师带领学生进行实践活动，实地参观铜陵发电厂，让学生对现代电力发展有一定了

解，并切身感受科技的力量。教师总结学生代表的介绍，在此基础上明确本单元的学习内容，发

布单元学习任务，确定本单元“点亮灯塔”的活动主线。

引导探究1.两类发电机

师：要点亮灯塔，你觉得最重栗的是什么？

生：要有电才行/要有电源

师：在你的印象中，哪些物品可以作为电源？

生：电池/学生电源/发电机/充电宝等

师：电池和学生电源我们比较熟悉，还有同学注意到了实验台上的发电机，我们一起来了解

一下。

结合课件与实物，介绍两类发电机。

引导探究2.交变电流

开放性实验1：利用我们提供的各种电源，让我们桌上的二极管亮起来。

学生介绍连接方法，描述实验现象。

实验现象1:连接电池，发现二极管只有一侧发光。

教师利用电压传感器测量二极管的电压，并通过软件在屏幕上显示，发现是一条电压不变的

直线，得出直流电的概念。

实验现象2：连接学生电源的交流档，发现二极管都发光，不停闪烁。

教师利用电压传感器测量二极管的电压，并通过软件在屏幕上显示，发现是一条正弦函数的

图像，得出的交变电流的概念。

实验现象3：连接发电机，发现二极管都发光，不停闪烁。

通过实验现象，我们知道发电机产生的也是交变电流。

师：我们发现利用发电机和学生电源交流档的实验现象一样，说明发电机产生的也是交流电，

学生电源我们无法拆解研究，下面就让我们一起通过发电机来研究交变电流是如何产生的？

设计意图：设计开放性实验，学生通过不同方法，得出不同现象，提高学生的实验动手能力，

培养学生的实验探究思维。教师利用传感器，将数据可视化、具体化，从定性的认识提高到定量

的研究，直观明了，影响深刻。并通过相互对比，明确接下来课堂学习任务与目标，指明探究方

向。

引导探究3.交变电流的产生

师：发电机转动过程中，我们发现二极管交替发光，你能告诉我，你看到线圈转到哪个位置

时二极管发光么？

生：不能，发电机转的慢，不会发光，转的快时能发光，但无法清楚具体发光的位置。

师：如果我们能看到，发电机旋转的慢动作是不是就可以进一步研究了？

演示实验2：利用手机凝时摄影功能记录发电机发电过程中线圈位置与二极管发光情况。并

手机投屏的功能将整拍摄到的视频，在大屏幕上进行展示。

师：为探究现象背后的原理，我们利用自制的3D模型来模拟发电机的发电过程。

活动：展示自制ge。软件模型，结合电磁感应的内容，依次对四个特殊位置来分析

问题：哪些边能产生电动势？在这几个位置磁通量是多少？电动势多大？电流多大？电流是

什么方向？

师：分析好这四个特殊位置，那对于一般位置处，又没有什么规律？继续分析两个一般位置。

演示实验3：用电压传感器连接手摇发电机

将用电压传感器连接手摇发电机，出现如下的实验现象

师：怎么会出现这样的现象？为什么图像和我们用学生电源的图像不一样？下节课再深入分

析。

设计意图：创新实验，利用手机拍摄的新功能，对整个过程进行展示，激发学生的好奇心，

使学生对二极管具体发光位置有明确认识，为后续探究准备事实基础。结合自制的3D模型，帮

助学生建立起发电机的发电模型。在对特殊位置分析后，从特殊到一般，搭建对抽象规律理解的

台阶，更易于理解掌握交变电流产生的原理。鼓励学生利用身边的资源来进行科学探究，培养学

生创新思维。

【教学反思】

本节课是第三单元交变电流的第一节课，是本单元学习的开端，如何让学生体会电对生活的

重要作用？如何在第一节课明确本单元的学习内容、发布单元学习任务、确定本单元的活动主

线？等均是我们要解决的问题。故创设停电的教学事故与生活建立联系、进行发电简史的介绍提

升课程内容的广度，带领学生参观铜陵发电厂，使学生具备学习本节知识的情感基础。与灯塔相

联系，明确本单元的学习内容、单元任务、确定本单元活动主线。

课程标准中对“交变电流”的教学要求：通过实验，认识交变电流。能用公式和图像描述正

弦交变电流。在课程设计中加入学生实验，培养学生动手实验能力和创新思维。通过传感器演示

实验的直观现象得出概念，直观生动，易于理解。运用手机的凝时摄影技术，化动为静，使过程

可视化，消除疑惑。借助自制发电机3D模型，培养学生的建模能力。创新的实验活动，能更好

培养学生创新能力。鼓励学生利用身边的资源来进行科学探究，培养学生科学探究能力。

1.8课时教学板书设计：

3.1交变电流

1.两类发电机

2.交变电流

3.交变电流的产生

1.9课时作业设计：作业：思考课堂留下的问题、完成课后习题

第2课时2、交变电流的规律及描述

2.1课时教材分析：

交变电流的产生和变化规律是本章的重点，是电磁感应、楞次定律、右手定则等知识的综合

运用，与生产生活有密切联系，是对学生综合应用电磁学知识分析解决问题能力的一个检验。

与直流电相比，交流电的最大特点就是变化，而学生对于变化的物理量往往感到困难，特别是

第一次接触许多新的概念，比如：交变电流、正弦式交流电、中性面、瞬时值、峰值等，如何

让学生透彻理解这些概念掌握交流电的变化规律，是处理好这节课的关键。

2.2课时学情分析：

学生对交流电所知很少，而交流电因其产生过程及规律较为复杂，有效值概念较为抽象，因

此本节内容学习难度较大。

2.3课时学习重点：

交流电的变化规律及表达式的推导交流电的有效值

2.4课时学习难点：

对交流电规律的掌握和对有效值的理解

2.5开放性学习环境：

探究一研讨学习、讨论法、启发式教学

2.6课时学习目标：

(1)知道交流电变化规律

(2)掌握并会推导交流电的瞬时值表达式

(3)掌握描述交流电的几个物理量，包括周期、频率、有效值

2.7课时教学过程：

教学过程

环节1：新课导入

师：在上一节课中，我们初步了解了交变电流的产生过程，但交变电流在我们面前依然

很陌生，为了完成我们点亮象征人类文明传承的灯塔的任务，这节课我们深入来学习

交变电流所包含的规律以及如何描述交变电流

问题：在上一节课中，我们通过传感器观察到手摇发电机所发出的电流的波形，它像什么曲

线？

生：正弦曲线

师：会不会是正弦函数曲线呢？

生：很有可能，因为跟正弦曲线一样有周期性。

问题：如果真的是正弦曲线，有哪些原因可能导致图像不平滑？

生：磁场不一定是匀强的，摇动速度不稳定。

师：在我们周围就存在着地磁场，地磁场虽然不是匀强磁场，但这是相对于巨大的地球

而言的，在■一个非常小的区域内的磁场完,全可以看成是匀强磁场

【展示利用地磁场发电，微电流传感器展示波形图，波形非常像正弦曲线】

师：是否是正弦曲线。不能仅凭观察。需要经过严谨论证。如果是正弦曲线，我们如何证明

它呢？

生：需要把感应电动势随时间变化的关系式推导出来

【设计意图：通过上节课的手摇发电机波形图引导学生思考，交变电流的变化规律，通过展示

地磁场发电，使得学生进一步相信自己的判断。体现了知识学习都循序渐进】

环节2：交流电表达式推导

【展示程序模拟发电过程】

师：我们仍然使用上节课所使用的程序模拟发电过程，

问题：导体棒切割磁感线时电动势的大小跟哪些因素有关？

生：磁场强弱，导线长度，切割速度。

问题：磁场强弱不变，导线长度固定。线圈匀速旋转。速度大小不变。为何电动势会发生变

化？

生：因为速度方向与磁场方向的夹角在不断变化。

师：在磁场强弱不变，导线长度固定的情况下，感应电动势的大小就只跟有效切割速度有

关。只需找出有效切割速度随时间的变化规律，就能得出感应电动势随时间的变化规律。

引导学生将三维视图转化为二维视图，构建物理模型，合作探究交变电流表达式。利用多

媒体展示学生的探究结果，并总结最终得出结论。

N匝线圈中感应电动势e=NBSωsinωt

令Em=NBSω

e=Emsinωt

可知线框的电动势随时间是按照正弦函数的规律变化的。

式中的Em是交变电流所能达到的最大值称之为峰值峰值反映了交变电流的强弱程度

问题：发电机的电动势按照正弦规律变化。那么负载电阻R的电流电压会按照什么规律变化

呢？

生：也按正弦规律变化。

师：由于发电机的电动势按正弦规律变化，所以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"=Unιsin3t,i=这种按

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。

【设计意图：通过制作的3D程序向学生展示模拟发点过程，使得难以理解的动态过程具体

化，降低学生学习难度，通过启发式提问使学生循序渐进的认识到导致电动势变化的根本

原因，最后让学生自主合作讨论并最终找到结论，体验学习的乐趣，且有成就感】

环节3:交流电的周期和频率

师：我们从理论上证明了交变电流是按照正弦函数的规律在变化，并且得出了交变电流变化

的瞬时值表达式，交变电流的电动势电流电压随时间的变化图像是怎样的呢？

生：跟正弦函数图像一样

[PPT展示正弦交变电流的变化图像】

师：正弦式电流是最简单最基本的交变电流，电力系统中应用的大多数是正弦式交流电。

师：显然，正弦式电流在不断周期性变化，跟一切周期性变化的过程一样，我们可以用周期

和频率来描述周期性变化的快慢。

用程序展示线圈旋转一周，可以看到交变电流也完成一个周期性变化。

师：我们把交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫交变电流的周期。周期长，则交变电

流变化的慢，周期短则交变电流变化的快。

师：还可以用什么物理量来描述交变电流变化的快慢呢？

生：频率

师：把交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数叫做交流电的频率，频率是周期的倒

数，频率大，交变电流变化的快，频率小，交变电流变化的慢。

思考与讨论

思考与讨论

一交变电流的电压随时间的变化图像如图3.2-1

所示，这个交变电流的周期是多少？频率是多少？

问题：我国电网中交流电的频率是50赫兹，一秒钟内交流电的方向会变化多少次？

生：100次。

师：在一个周期内，线圈会两次经过中性面，电流的方向会变化两次，一秒钟内有50个周

期，因此一秒钟内电流方向会变化IOO次。

【设计意图】：使学生正确认识到交流电在一个周期内方向变化的次数，并为后续有效值的

学习做过度。

环节4：交流电的峰值与有效值

师：你们还知道哪些关于电网中电流的数据？【设计意图：学生在未学习有效值之前会容易

认为220伏】

生：电压是220伏。

师：我们都知道家用电的电压是220伏，而正弦交流电的电压是在随时间不断变化的，那么

220伏是指什么电压呢？

生：可能是指最大值？

【用电子示波器展示正弦式交流电的波形图。观察到正弦交流电的峰值远超过220伏】

【设计意图：通过询问220V为什么电压并和示波器数据对比引起矛盾，为顺利引入有效值概

念做铺垫】

师：如果让正弦交流电通过一个电阻发热。要计算在一段时间内产生的热量。电压应取何值

呢？用峰值计算可以吗？

生：不行，在一个周期内只有两个时刻达到了峰值，而其他时间都达不到峰值，这样计算会

使结果不准确。

师：回答很好，通过类比力的合成与分解，变力做功的计算方法，引导学生思考与讨论，探

寻描述交变电流通过电阻发热的方法。

生：可以把交变电流通过电阻所产生的热量等效成直流电通过电阻所产生的热量

师：这位同学的想法很好，下面一起看演示实验

使用电子示波器展示直流电源和交流电源的输出波形。

实验展示交变电流与恒定电流通过相同电阻产生相同的热量

师：同学们发现2个杯子中的水温度上升的完全一致，这说明恒定电流和交变电流通过相同

的电产生了相同的热量，那么在产生热量这个事情上恒定电流和这个交变电流是完全等效

的，我们把这个恒定电流的电压值叫做这个交变电流的电压的有效值。

给出有效值定义，并强调有效值的3个相同，所谓有效是指电流的热效应的等效。

问：我们通常说的家庭电路的电压是220伏，是指有效值。反问：老师是怎么做到让两个杯

子的水温度上升几乎一致？

师：理论计算表明正弦式交变电流的有效值与峰值之间有如下关系：

/=A=0.707∕m

√2

U=口=0.707UnI

√2

利用之前测出的电网峰值数据进行验证

【设计意图：通过设计实验，使学生深刻认识到交变电流的有效值是一种对电流热效应的等

效替代，即用恒定电流值代替交变电流，同时通过启发式提问，提高学生的实验能力，以

及解决实际问题的能力。】

强调：交流电表测量的数值是有效值交流电器设备上标出的额定电压额定电流是有效值，

交变电流的数值在无特别说明时都是指有效值

思考与讨论

1.一个电容器，当它的两个极板间的电压超过IOV时，其间的电介质就可能被破坏而不再绝

缘，这个现象叫作电介质的击穿，这个击穿电压叫作这个电容器的耐压值。能否把这个电容

器接在正弦式交流电压是9V的电路两端？为什么？

2.保险丝的熔断电流指的是有效值还是峰值？

2.8课堂小结

课时教学反思

本节内容是交变电流这章的重点内容，涵盖了交变电流的规律、瞬时值、峰值、周期、频率、

有效值等等概念。其中难点在于交变电路瞬时值表达式的推导，有效值的理解。教学过程中为了

突破这两个难点，专门设计了程序模拟发电过程，并设计了实验有效降低了有效值概念的理解难

度，通过教学过程发现，学生对规律的理解主要难在动态理解，即一个周期内完整的变化规律，

以往通过几个特殊位置分析后进入规律的推导，学生对整个过程为何按正弦规律变化还是理解的

不透彻，通过程序模拟，能让学生直观的看出为何电动势会按正弦规律周期性变化，另外学生也

能更好的理解线圈的转速是交变电流周期的决定因素。对于有效值的教学，难在对有效二字的理

解，教学中发现通过实验能很好的突破难点，应该让学生多思考等效的含义。2.8课时教学板书

2.9板书设计：

交变电流的规律和描述

1.规律：e=NBSωsinωt（瞬时值）

Em=NBSω（峰值）

2.周期和频率：

3.有效值：

正弦式：I=隼u=∙⅛

v2√2

2.10课时作业设计：

1.作业：完成课后练习

2.实践：小组合作制作一台发电机

第3课时3、变压器

3.1课时教材分析：

交变电流是电学知识的重要组成单元。新教材的特点之一是“具有基础性、丰富性和开放

性。”学习内容是基础而丰富的，呈现形式是开放的。“变压器”这一课时围绕“为什么需要

变压器”、“变压器是怎么改变电压的”两个问题展开，本教材配有简单的小实验，思考与讨

论，简明扼要的文字说明和开阔眼界的科学漫步，但对于变压器原理的表述不够深入透彻，本

节教学设计，利用自制教具和传感器帮助学生设计探究活动，将抽象知识可视化，帮助学生掌

握探究方法、理解根本原理。

本节课蕴含着典型的物理思想和方法，变压器原理的探究和学习过程采用定性和定量相结

合、理论推导和实验验证相结合的方法，有助于提高学生的物理学科核心素养。

3.2课时学情分析：

学生虽然在学习本节前对电磁学知识有了一定的基础，但将前后知识串接理解、探究变压器

原理还是比较困难，需要更高效的方式方法。

3.3课时学习重点：

探究变压器原副线圈电压与匝数关系

3.4课时学习难点：

理解变压器原理

3.5开放性学习环境：

探究一研讨学习、讨论法、启发式教学

3.6课时学习目标：

物理观念Q）知道变压器的构造及工作原理。

（2）知道变压器的应用。

科学思维（1）通过对可拆变压器构造的分析，构建变压器结构模型。

（2）能够推导得出理想变压器的基本规律。

实验探究Q）通过分组合作实验，探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。

科学态度与责任（1）通过对变压器在生活中的应用及利弊分析，感受物理、技术、社会的紧密

联系，使学生逐步形成STSE意识和责任感

3.7课时教学过程：

课前任务

了解大国重器之三峡水电站、白鹤滩水电站的相关信息，着重思考水力发电的输出电压是

如何为家家户户所用，这中间可能需要什么仪器。

课堂教学

环节1：新课导入

创设情境1:举例说明发电和用电电压大小有明显区别

活动1:通过视频和图片介绍大国重器之三峡、白鹤滩水电站

活动2：观察三峡发电站、白鹤滩水电站额定输出电压和家庭用电的额定电压

问题2:这些电压大小不尽相同，那生活中想要解决用电电压问题，该怎么办呢？

（设计意图：通过对大国重器的介绍，伟大的工程亦需要从点点滴滴的课堂知识开始积累，

从课堂走向生活，培养学生的爱国情怀和民族自信。通过生活中常见的用电器间电压不同的问

题，激发学生的好奇心，寻找解决问题的办法，引出变压器的概念。）

环节2:变压器的概念和结构

创设情境2:通过小实验了解变压器结构

活动1:跟随教师拆卸变压器

问题1:变压器有几个部分组成？

讲解变压器的概念、结构。

活动2：改变变压器线圈匝数观察小灯泡亮度变化

问题2:实验结果说明了什么？

定性归纳，说明变压器原副线圈匝数和电压具有一定的联系。

（设计意图：通过小实验，活跃课堂气氛，增强学生对物理概念源于生活的认识。）

创设情境3:理论探索变压器原理

问题1:我们曾学过的哪些知识可以解释刚才的变压器灯泡实验？

活动1：小组交流讨论后回答，电磁感应定律、互感现象。

问题2：可以通过这些知识推导变压器原副线圈电压与匝数的关系么？

红=L

活动2：小组交流讨论后分别进行推导，得出结论：υ-'v-O

（设计意图：引导学生用特以往学习过的知识解决新出现问题，在探究中感受解决问题的快乐，

形成科学的思维方式。）

环节3:变压器的原理和应用

创设情境4：利用无线传感器设计实验电路，分组探究变压器两端电压和匝数的具体关系

活动1：小组合作，分别设计实验方案，利用无线电压传感器和智慧课堂软件观察变压器两

端的正弦电压图像

活动2：根据每个小组的表格任务，测量不同匝数比之下的电压有效值。

活动3：利用电脑软件处理实验数据，归纳实验结论，加深对变压器原理和规律的理解。

活动4：实验探究完成，联系已学电磁知识，分析误差来源，得出最终结论。

（设计意图：学生通过分组实验探究，形象地认知变压器的交变电压规律，同时根据理论分

析误差来源，培养分析问题和探究的能力，加深对变压器原理的理解。）

创设情境5:探究无线充电背后的原理

问题1:变压器结构当中的“铁芯”是变压功能所必备的么？

活动1:播放无线充电科技应用的视频并现场展示手机的无线充电功能。

问题2：无线充电器和变压器有什么关系？

活动2：现场拆解无线充电器，小组交流讨论。

无线充电器主要由发射线圈和接收线圈组成，其中发射线圈相当于变压器的原线圈，接收线

圈相当于变压器的副线圈，由此可知“铁芯”并不是实现变压功能的必备元件。

（设计意图：通过对生活中新兴科技的拆解分析，从物理走向生活，从理论走向实际，学以

致用，培养学生的物理核心素养。）

环节4:巩固训练

例题1:

在图甲所示的电路中，理想变压器原线圈两端的正弦交变电压变化规律如图乙所示。已知变

压器原、副线圈的匝数比n1:n2=10:1,电路中电流表都是理想电表，下列说法正确的是（）

A.电压表V的示数为200J∑V

B.电阻R两端的电压有效值为20V

C.电阻R两端没有电压

D.变压器输出端交流电的频率为100Hz

课时教

学反思

1.变压器是联系电学前后知识的重要环节，是电磁感应定律的重要应用和远距离输电的重栗

部分。新一轮的课程改革强调学生的学习主体地位，强调学生自主建构，将新知识和旧知识建立

联系，融入、扩展原有的认知结果，应给学生充足的时间思考，表达自己的想法，运用理论推导

和实验探究等多种方式掌握变压器的原理，在课堂教学和课后拓展中落实物理学科核心素养。

2.学生只有充分掌握电磁学知识才能自己推导出变压器原理，也只有通过实验亲手验证才能

真正理解物理知识在现实生活中的重要地位，上课要敢于给时间给学生，让他们讨论，走上讲台

去讲自己的分析过程；课堂总体达到了预期的效果，以后还要加强师生的互动。

3.8课时教学板书设计：

3.3变压器

一、变压器

1.概念：改变交流电压大小的仪器

2.结构：原线圈、副线圈、铁芯

二.原理

1.理论推导不一后

2.实验探究

3.9课时作业设计：完成课后练习

第4课时4.电能的输送

3.4电能的输+"

4.1课时教材分析

《电能的输送》是选择性必修第二册模块中“电磁感应及其应用”主题下的内容。课程标准

要求为：知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。课程标准的解读为：输配电过程在初中物

理（科学）中已经有一个大致的了解，这里要求在初中基础上对输配电有更深的了解。可组织

学生参观小型发电厂，了解“发电一升压一输电一降压——用户''整个流程，了解各种设施设备。

参观后要让学生画出从电厂到用户输电的流程图，并解释各部分结构的原理。

要求学生在初中学习的基础上探究高压输电的理论基础。可让学生探究：输电线的电能损耗

主要有哪些？如何降低电能损耗？既经济又可行的输电方式应该是怎样的？

电网建设是电力输送的关键，高压输电技术研究非常重要。我国的高压输电技术发展非常迅

速，已达到世界领先水平。要让学生通过资料查阅、访谈等方式了解我国高压输电研究与应用的

最新成果，了解本地区电力建设的基本情况，并写出一份有关电网建设、电力输送的调查报告。

本节内容是电磁感应和交变电流知识在生产生活中的实际应用。教材首先通过''问题”栏目，

从能量角度提出“远距离输电中，如何减少电能的损耗”的问题，引发学生思考。接着从能量损

耗的表达式分析减少能量损耗的两种方法，并分析得到降低电流能更有效的减少能耗。从降低电

流方法提出提高输电电压的解决方法。

4.2课时学情分析

学生已经学习了焦耳定律、变压器等内容，知道导线具有电阻，产生焦耳热，知道电能损耗。

在实际生活中学生已经知道高压输电概念，但还不理解为什么采用高压输电可以降低能量损耗。

要在学生已学知识的基础上设置合适的问题引导学生自主分析推理，得到降低能量损耗的方法，

设计远距离输电的物理模型。

4.3课时学习重点

高压输电的基本工作原理及降低电能消耗的两种途径

4.4课时学习难点

高压输电的数学推导过程及各物理量之间的相互关系

4.5课时教学目标

（物理观念】了解电能的输送过程中电压与功率都存在着必然的损耗。

【科学思维】知道降低输电损耗的两个途径要从控制输电电阻，提高输电电压作为出发点来

进行研究，提升根据理论公式指导实际的思维能力。

［科学探究】培养学生运用物理规律和公式分析解决实际问题的能力。

【科学态度与责任】养成利用理论公式知道实际的学习态度，通过对课本拓展知识的学习了

解电能输送技术的发展历史，不断提升理论结合实际解决问题的能力。

4.7课时教学过程

教学过程

【新课引入】

今天是“点亮灯塔”活动的最后一站。

在前几节课中，我们已经学习了如何利用发电机，将其他形式的能量转化为电能。又学习了

如何利用变压器，将不合适的电压，改变为所需要的值。

以这些作为基础，是否能实现灯塔点亮呢？

这节课就让我们一起动手试一试！

【新课教授】

用学生电源模拟发电站，由学生设计出最简单的输电线路，即直接连接。

【学生演示实验一】近距离输电，观察灯塔点亮情况。

（观察发现灯塔被点亮）

请学生分析得出，这一输电方式与现实不相符，现实中输电距离非常远。

拉长灯塔与电源距离，给出远程输电线。

【学生演示实验二】连接远距离电路，观察灯塔点亮情况。

（观察发现这次灯塔没有被点亮）

【思考】为什么没有达到理想效果？

（学生猜想，由于远程输电线损耗所致）

由此可以看出，远距离输电不是想象中的那么简单。

一、电能输送的基本要求

【讨论】从实际角度出发，电能输送中，需要满足哪些基本要求？

根据学生的回答，进行总结，得出三大基本要求。

1、保质

2、可靠

3、经济

关于“经济”这一要求，除了节约工程造价以外，降低输电线上的损耗也是一大重要问题。

接下来我们就一起详细分析，如何有效做到降低输电损耗。

二、降低输电损耗的途径

]R战7JAP

≡7P

把刚刚连接的电路，简化成如图所示的电路图，分析输电线上的损耗：

=U-U1=/R线

AP=P-F=WR线

引导学生根据刚刚理论分析的结果，从表达式入手，分析得出降低损耗的两大途径：

1、减小输电电阻

2、减小输电电流

再逐步深入，详细分析两大途径的具体操作，结合实际客观分析，最终从理论上得出，采用

高压输电是减小输电线上功率损失，最有效、最经济的措施。

引导学生根据学过的知识，逐步分析高压输电需要的元件，最终设计出合理电路。

【学生演示实验三】学生协作，连接高压输电电路，观察灯塔点亮情况。

（观察发现灯塔被成功点亮）

实验证明，高压输电确实能实现降低损耗。

但是输电电压与损耗值之间，有着怎样的具体的数量关系？尝试用实验来探究

【学生探究实验】探究AU与输电电压UI的关系

AU

〜/।UiUl/I!04③

讲解实验电路及相关电压值，引导学生设计测量方案，利用交流电压表测量电压UI和〃2,再

由

AU=U1-U2o

利用变压器不同匝数比，测量出以不同输电电压UI时，对应的电压损耗值AU。

学生协作，共同完成并记录实验结果。

分析实验数据，得出结论：随着输电电压Ul升高，电压损耗值AU减少。

三、远距离输电电路分析

刚刚的实验结果整体反映出输电电压UI和电压损耗值AU之间的变化趋势，那么两者之间到

底有着怎样具体的定量关系呢？接下来再利用学过的电路原理，从理论上推导分析。

电源回路输送回路用户回路

引导学生回顾变压器相关知识，结合电路关系，推导电路中的电压和功率损耗值AU和AP,

与输电电压的数量关系式，并邀请学生分享自己的推导过程和思路。

P

△u=【纹R=告2R

观察分析表达式，得出输电电压对降低损耗，确实有显著效果。

四、电网供电

【思考1】将刚刚设计的电路，转化为如图所示的模拟图，引导学生结合实际情况，分析这样的

输电方式有什么样的缺陷。

（存在断电风险，高峰时产能不足，低峰时产能浪费）

由于这一输电方式存在明显缺陷，因此早已被各国淘汰。

【思考2】有没有什么方法弥补这些缺点？

（将多个发电站，与多个用户群连接，实现电能按需调度，即电网供电）

电网供电优势明显，被现代各国广泛应用。

【观看视频】了解当下我国输电现状。

了解特高压输电技术在电网供电中的重要作用，知道我国在这一领域中，领跑世界的地位，

提高学生名族自豪感。

【回顾总结】

针对手摇发电机的工作原理，了解了交变电流的相关特性和规律。

紧接着，当面临用电器所需电压，与发电机提供电压不相符时，我们又一起学习了如何利用

变压器实现电压的改变。

最后，以这些知识为基础，我们又根据现实情境，一步步设计出远程输电电路，为灯塔实现

了远距离输电。

邀请学生最后完善远程高压输电电路，架设输电铁塔，启动点亮灯塔仪式。

【课后任务】

请学生课后查阅资料，了解世界电力输电技术的发展历程与输电电压的数量关系式，并邀请

学生分享自己的推导过程和思路。

△U="R=¥R

入U2

观察分析表达式，得出输电电压对降低损耗，确实有显著效果。

四、电网供电

【思考1】将刚刚设计的电路，转化为如图所示的模拟图，引导学生结合实际情况，分析这样的

输电方式有什么样的缺陷。

（存在断电风险，高峰时产能不足，低峰时产能浪费）

由于这一输电方式存在明显缺陷，因此早已被各国淘汰。

【思考2】有没有什么方法弥补这些缺点？

（将多个发电站，与多个用户群连接，实现电能按需调度，即电网供电）

电网供电优势明显，被现代各国广泛应用。

【观看视频】了解当下我国输电现状。

了解特高压输电技术在电网供电中的重要作用，知道我国在这一领域中，领跑世界的地位，

提高学生名族自豪感。

【回顾总结】

再过去的一章学习中，我们一起了解了电学的发展历史和进程，学习了如何使用手摇发电机

产生电能。

教学反思

本教学设计从学生的实际出发，以学情视角进行设计，教师通过引导，让学生积极主动地进

行理论探究和实验探究，培养学生发现问题、探究问题、解决问题的能力.该教学设计凸显了学

生的主体地位，开拓学生的思维，锻炼学生的动手能力，增强学生合作与交流的能力，让学生主

动参与其中而不是被动地接受教师的结论，从而达到培养和发展学生物理核心素养的目的.同

时，该教学设计教学方法多样，情境与问题的设计符合学习目标，知识的展开也能较好地符合学

生思维的发展规律，教学建议具有较强的针对性和指导性.这样的教学设计达到了预期效果，不

仅能充分体现新课改理念和符合学生物理核心素养培养的要求，而且具有很强的操作性和实效

性.

4.8板书设计

3.4电能的输送

一、电能输送的基本要求

1、保质

2、可靠

3、经济

二、降低输电损耗的途径

1、减小输电电阻

2、减小输电电流

三、远距离输电电路分析

四、电网供电

4.9课时作业设计

完成一份关于“输电技术的现状及发展历程”的研究报告

8.课时、单元作业设计意图

作业设计是教学活动的重要环节，它包括课时作业和单元作业，是知识的巩固和加深，是

对课本知识的延伸和拓展，是提高教学效果的有效手段，单元作业设计是在单元知识学习结束

后，对各节凌乱的知识进行系统研究，形成知识的网络化和系统化，使课内知识与课外的拓展

相结合，识记与探究相结合，动脑与动手相结合的综合性作业设计，对检验学习成果及检测能

力的提高有着重要的作用，学生是单元作业的执行者、操作者，因此单元作业设计应以学生为

主体，突出新物理课程标准的主旨，全面提高学生的科学素养。

在本章《交变电流》的单元作业设计围绕“交变电流产生及传输”强调尊重个体差异，进行

分层作业设计，力求各层次学生学习具备针对性，学习效果明显提高，同时除了设计基本的习题

外，还增加了情景类试题，紧扣生活，让学生深深感受到物理就在身边。

通过作业让学生进一步理解交变电流的产生及变化规律，熟练应用公式和图像描述交变电流

的方法，综合运用物理规律分析求解交变电流相关问题；从电磁感应的知识和能量观念理解变压

器的工作原理及作用；从降低输电损耗进行远距离输电，掌握远距离输电问题的分析和求解方

法。

总而言之，课时作业能及时巩固新知识，以大单元为基本单位进行作业设计，既可以从宏观

上把握整体要求，突显知识点的全面性，又可避免