电源和电流教学设计.docx

《电源和电流》教学设计

一、教材分析
本节内容选自人教版高中物理选修3-1第二章《恒定电流》的第一节。学生在学习了第一单元的静电场后，对电场力做功、电势、电势能的概念已经有了较深刻认识，此刻不失时机地引导学生认识恒定电场，符合学生心理特点。教材利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，引导学生分析恒定电场形成的过程，并引出了电源和恒定电流的定义和物理意义。
二、学情分析
恒定电流是研究电场的又一跨越，学生具备静电场的基础知识是学习恒定电场的基础和保证，学生参与了静电场的学习中，对电场研究有了重要性的一定认识，但是静电场的电势能，电场力做功，让学生觉得知识有些凌乱。因此，课堂教学中，可以采用教师引导学生分析，学生主动思考，师生共同总结。
三、教学目标
（一）知识与技能
1.知道什么是电源，明确电源在直流电路中的作用
2.掌握恒定电场和恒定电流的形成过程
3.知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流
（二）过程与方法
通过类比和分析,使学生更好地理解电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等
（三）情感、态度与价值观
1.通过运用模型法分析电流及电源，培养学生综合分析问题的能力
2.通过本节对电源、电流的学习，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识
四、教学重难点
教学重点：理解电源的形成过程及电流的产生
教学难点：电源作用的机理区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。
五、教学过程
（一）引入新课
人类通过对静电场的研究不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要基础。但是，无论在自然界还是生产和生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应。那么，电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律，产生哪些效应？这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢？（过渡：这节课就来学习有关电流的知识。）
（二）进行新课
教师活动：为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光？（过渡：要回答这个问题，就要从电源的知识学起。）
1．电源：
先分析课本图2.1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手）

【问题】如何使电路中有持续电流？
类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如下图，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。
A池
B池
R
抽水机

师：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢?
生：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。
归纳： 电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置）种类有干电池、蓄电池、发电机等。
【过渡】在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点呢？
取一小段导线及电场线放大后，进行研究。
2．恒定电场：
结合下图分析导线中的电场的分布情况。
M
N
E0
Fn
Ft

M
N
E0
M
N
E
E
E0
E′
F

导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线作定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷分布。其二是这些电荷分布产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只存在定向移动。因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。
恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。
说明：
（1）由于在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。
（2）在静电场中所讲的电势、电势差、及其与电场强度的关系等等，在恒定电场中同样适用。
3．电流（标量）
（1）电流的形成
概念：电荷的定向移动形成电流。
（2）形成电流的必要条件：
① 要有能自由移动的电荷------自由电荷
在导体中存在着大量的能自由移动的电荷。如金属导体中的自由电子、电解液中的正负离子等。通常按物质电性能不同分为导体、半导体、绝缘体，其本质区别是它们单位体积内含有自由电荷的多少以及是否含有可自由移动的电荷。
②导体两端必须有电压
自由电荷只有定向移动才能形成电流，要使自由电荷定向移动，需给自由电荷施加驱使它做定向移动的作用力，这个作用力可以由电场施加。将导体的两端加上一定的电压（通过电源实现），导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流，所以形成电流还应满足导体两端存在电压。
（3）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。
是人为规定的，和负电荷定向移动的方向相反。在外电路中，电流由高电势流向低电势；在内电路中，电流由低电势流向高电势。
（4）电流的强弱的描述
①定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。它是描述电流的强弱的物理量，用I来表示。
②定义式：
③电流的微观表示：
-
-
-
-
-
-
-
A
B
ι
取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v。设想在导体中取两个横截面B和C，横截面积为S，导体中每单位体积中的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电量为q，则t时间内通过横截面C的电量Q是多少？电流I为多少？---引导学生推导
归纳：Q=nV=nvtSq I=Q/t=nvqS 这就是电流的微观表示式。从微观上看，电流决定于导体中的自由电荷密度、电量定向移动速度、导体的横截面积有关。
说明：
1、，求出的是电流的平均值，可求电量。电流是标量，虽有大小和方向，但不是矢量。
2、导体中有电流时，其中的自由电荷并不是以同样的速率，向一定的方向“齐步走”。由于自由电子频繁地与金属正离子碰撞，它们只是在不断地无规则运动中总体上有了“定向移动
3、导体中有电流时应区分三种速率：
①电场传播速率（或电流传导速率）：它等于光速，电路一旦接通，电源就以光速在电路中各处建立了电场，整个电路上的电子几乎同时受到电场力的作用做定向移动。平时一合上开关，用电器立即就有电流，就是这个原因。
②无规则热运动速率，其数量级约为。
③自由电荷定向移动速率，它与导体中的电流，截面积大小以及自由电荷的密度有关。电路中电子定向移动速率的数量级约为
（4）单位：安培（A），
（5）电流的种类
① 直流电：方向不随时间而改变的电流。直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。
② 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。
巩固练习：
书本P42例题1

课堂小结：
1、电源就是能把自由电子从正极搬到负极的装置。
2、由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。
3、大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
4、电荷的定向移动形成电流。
六、板书设计
电源和电流
一、电源
使电路中保持连续的电流，能把电子从A搬运到B的装置P就是电源。
二、恒定电场
1.定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。
2.恒定电流定义：恒定电场中的电流是恒定不变的，称为恒定电流
3.电流的定义：物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流。用I表示电流。
4.电流的定义式： I=q/t
5.单位：安培（A）毫安（mA）和微安（μA）。
1A的物理意义:如果在1 s内通过导体横截面的电荷量是1 C，导体中的电流就是1A
- 5 -