人教2003课标版《2描述交变电流的物理量》精品优质课教案设计

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二、实验原理分析说明

交流电的有效值是在交流电流通过固定电阻时电流热效应的功率，与恒定直流电流通过该固定电阻时电流热效应的功率相当，直流电的电流或电压值就叫做该交流电的有效值。

能否设计一个演示实验呢？由于固定电阻发热功率不能直观看出，所以我想到的是用两只完全相同的小灯泡作为固定电阻，如图1A所示：

图1A

一只小灯泡通交流电，另一只小灯泡通直流电，当两只小灯泡亮度相同时，说明它们的发热功率相同，通直流电的小灯泡上的电流和电压的值，就等效叫做另一只通交流电的小灯泡的电流和电压的有效值，然后再用多用电表的交流档测量一下通交流电的小灯泡的电流和电压，发现同通直流电的小灯泡电流和电压值相当，通过这种方式，使原来学生难以理解的交流电的有效值变得很好理解，可以说是一目了然了,如图1B所示：

图1B

三、研究改进过程

在二〇〇〇年以前，我对交流电的有效值基本都是用这种实验的方式进行教学，这种实验教学方式的优点是学生能够对“等效”有深刻理解，不足之处是对：“正弦交流电的最大值是有效值 EMBED Equation.3 倍的关系”不能通过实验来验证。

而在二〇〇〇年以后，随着计算机普及和在教学中的大量应用，前面实验中两只小灯泡中的电流和电压，我是用计算机辅助实验系统中的电流和电压传感器获得的如图1C所示：

图1C

图1C中计算机辅助实验系统中的电流和电压传感器获得的如图2中A.B所示：对比A.B两个图像，可以很准确地算出：正弦交流电的最大值是有效值 EMBED Equation.3 倍。

图2 A

图2 B

实际演示实验中，为了了解学生对交流电的有效值是否真的理解了，我还在通交流电的小灯泡的回路中串联了一只二极管，如图3所示：

图3

此时这只小灯泡的亮度明显降低，用算机辅助实验系统中的电压传感器获得的如图3 A所示：

图3 A

提问学生图A中电压的有效值是多少？大多数同学会回答是：“刚才测的有效值的一半”，提醒学生：“对吗？”，这时有部分同学会恍然大悟，说到应该调节图3 B中的滑动变阻器使小灯泡B的亮度与图中小灯泡A的亮度相同(能提出调节滑动变阻器两个小灯泡亮度相同，说明这个学生对交流电的有效值的概念已经理解了)，此时图3中小灯泡B的直流电压就是图3中小灯泡A中电压的有效值。

图3 B

然后再让学生从理论上计算一下，经过半波整流后的，最大值为6V的交流电的有效值是不是3V。从而能够使学生透彻理解和掌握交流电的有效值是与直流电在电流热效应上等效的关系。

四、实验器材的选定和注意事项

演示实验时电压和电流传感器应使用示波方式；采样频率应取1kHz，这样得到的图像就非常完美。小灯泡最好选用6.3V的指示灯小灯泡，使用电压传感器获得电压图像进行实验，比使用电流传感器获得电流图像误差要小，原因是小灯泡中的电流较小，用电流传感器测量小灯泡的电流时测量误差稍大了一些，只要注意这些，演示实验每次都能够做的非常成功。

五、该项目的创新点

正弦交流电的有效值，如果按照物理选修3-2中的教学模式，不仅枯燥无味，而且难以理解，学生学完以后只知道正弦交流电的最大值是有效值 EMBED Equation.3 倍，其它并不多清楚，遇到复杂的题目还是无能为力。我设计的这个有关交流电有效值的演示实验，所使用的实验器材一般中学物理实验室里都有，课堂演示时的可视性也很好，由于原理非常简单，只需要比较实验中A、B两个小灯泡的的亮度，使学生深刻地理解交流电的有效值中的“等效”的意义。还可以用计算机辅助实验系统演示验证 “正弦交流电的最大值是有效值 EMBED Equation.3 倍的关系”，以及“串联二极管后，非对称的交流电的最大值和有效值并非 EMBED Equation.3 倍的关系”，起到了一箭双雕的作用，学生可以做到过目不忘。

六、收获体会