电源和电流教学设计

驻马店市 2017 年优质课评选 高中物理选修 3 1 第二章恒定电流 共 8 页 第 1 页 电源和电流电源和电流 教学设计教学设计 泌阳一高泌阳一高 董俊峰董俊峰 一 教材分析一 教材分析 学生在学习了第一单元的静电场 对电场力做功 电势能的变化已经有了 已经有了较深刻的认识 此刻不失时机的引导学生认识恒定电场 是符合学生 心里特点 教材首先利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况 然 后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 教师引导学生分析思考 这样更能激发学生的求知欲和学习物理的兴 趣 用上一章学过的电场知识入手 分析 讨论问题 有效地将 场 和 路 的 知识相联系 有利于培养学生不断用学到的知识分析 解决实际问题的意识和 能力 二 教学目标教学目标 1 知识与技能 1 了解形成电流的条件 知道电源的作用和导体中的恒定电场 初步体会动 态平衡的思想 2 理解电流的定义 知道电流的单位 方向的规定 理解恒定电流 3 经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程 从微观的角度理解导 体中电荷定向移动与电流之间的关系 2 过程与方法 在理解恒定电流的基础上 会灵活运用公式计算电流的大小 3 情感与价值观 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 勇于探究与日常生活有关的物理问题 三 教学重点 难点三 教学重点 难点 重重 点点 1 理解电源的形成过程及电流的产生 驻马店市 2017 年优质课评选 高中物理选修 3 1 第二章恒定电流 共 8 页 第 2 页 2 会灵活运用公式计算电流的大小 难难 点点 1 电源在电路中作用 2 导体中的恒定电场的形成 3 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 易错点 在电解液导电时 忽视正 负离子反向移动对电流的贡献而导致 错解 四四 学情分析学情分析 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 既充满期待 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 最好是教 师先听学生的总结 再加以点评 这样既能发散学生的思维 调动学生的积极 性 活跃课堂气氛 又能减少学生学习物理的恐惧感 五 教学方法五 教学方法 探究 讲授 讨论 练习 六 教具准备六 教具准备 投影片 多媒体辅助教学设备 七 教学过程 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 通过现象对比 激发学生的求知欲 调动学生的学习积极性 过渡 要回答这个问题 就要从电源的知识学起 一 电源 探究问题探究问题 1 1 电流是怎样形成的 电流是怎样形成的 教师 投影 教材图 2 1 1 如图所示 驻马店市 2017 年优质课评选 高中物理选修 3 1 第二章恒定电流 共 8 页 第 3 页 分别带正 负电荷的A B两个导体球 它们的周围存在电场 如果用一条 导线R将它们连接起来 分析A B周围的电场 A B之间的电势差会发生什 么变化 最后 A B两个导体球会达到什么状态 R中出现了怎样的电流 学生活动 在教师的引导下 分析A B周围的电场 A B之间的电势差 的变化情况 认识到 最终A B两个导体球会达到静电平衡状态 理解导线R 中的电流只能是瞬时的 探究问题探究问题 2 2 怎样才能形成持续的电流 怎样才能形成持续的电流 让学生思考回答 电源 类比 把电源的作用与抽水机进行类比 如图 2 1 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 教师提问 怎拦才能使水管中有源源不断的水流呢 让学生回答 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 探究结论 形成电流的条件探究结论 形成电流的条件 1 1 存在自由电荷 存在自由电荷 金属导体金属导体 自由电子自由电子 电解液电解液 正 负离子正 负离子 2 2 导体两端存在电压 导体两端存在电压 电源的作用是保持导体两端的电压 使导体中有持续的电流电源的作用是保持导体两端的电压 使导体中有持续的电流 板书 电源的定义板书 电源的定义一 电源一 电源 1 1 1 1 电源的定义 电源是不断把 电源的定义 电源是不断把负电花负电花从正极搬运到负极从而维持正负极从正极搬运到负极从而维持正负极 驻马店市 2017 年优质课评选 高中物理选修 3 1 第二章恒定电流 共 8 页 第 4 页 之间一定电势差的装置 之间一定电势差的装置 电源的作用 电源的作用 电源的作用就是移送电荷 维持电源正 负极间有一定的电源的作用就是移送电荷 维持电源正 负极间有一定的 电电 势差势差 从而保持电路中有持续电流 从而保持电路中有持续电流 电源在内部能把电源在内部能把 电子电子 从正极从正极 A A 搬运到负极搬运到负极 B B 探究问题探究问题 3 3 恒定电场 恒定电场 过渡 在有电源的电路中 导线内部的电场强度有何特点呢 二 导线中的电场 教师放投影 如图所示 介绍图中各部分的意义 取出图中方框中的一小 段导线及电场线放大后进行研究 如图所示 教师引导学生讨论导线中的电场将如何变化 最 终又会达到怎样的状态 要把思维的过程展现给学生 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 通过教师讲解让学生明确 恒定电场中的 恒定 的意义是相对静电场而 言的 其本质为动态平衡 探究结论 探究结论 恒定电场由稳定分布的电荷所产生的稳定电场 恒定电场中的电流是恒定不变的 称为恒定电流 为什么 探究问题探究问题 4 4 电流既有方向也有强弱 怎样描述电流的强弱程度 电流既有方向也有强弱 怎样描述电流的强弱程度 电流的强弱就用电流这个物理量来描述 三 电流 标量 三 电流 标量 探究结论 电流 标量 探究结论 电流 标量 1 1 概念 电荷的定向移动形成电流 概念 电荷的定向移动形成电流 2 2 电流的方向 规定为正电荷定向移动的方向 电流的方向 规定为正电荷定向移动的方向 驻马店市 2017 年优质课评选 高中物理选修 3 1 第二章恒定电流 共 8 页 第 5 页 3 3 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 定 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 定 义式 义式 t Q I 4 4 单位 安培 单位 安培 A A 1 1 A A 10 103 3mAmA 10106 6 A A 5 5 电流的种类 电流的种类 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 改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电 交流电 方向和大小都随时间做周期变化的电流 交流电 方向和大小都随时间做周期变化的电流 探究问题探究问题 5 如何用微观方法表示电流 电流的微观表示 I Q t nvqS 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 学生活动 引导学生推导 老师归纳 Q nV nvtSq I Q t nvqS 这就是电流的微观表示式 典例分析典例分析 例题 1 已知电子的电荷量为e 质量为m 氢原子的电子在原子 核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动 则电子运动形成的等效电流大 小为多少 变式训练 如图所示 耀眼的闪电和震耳的雷鸣有时会使树木 房屋受到严重 破坏 在一次雷电中 在 0 1s 时间内有 30C 电荷从一个云层移到另一个云层 则平均电流为 2 推推导导 导导体体 AB 中中的的自自由由电电荷荷总总数数 N nLS 总总电电荷荷量量 Q Nq nLSq 所所有有这这些些电电荷荷都都通通过过横横截截面面所所需需要要的的时时间间 t L v 导导体体 AB 中中电电流流为为 I Q t nLSq L v nqSv 驻马店市 2017 年优质课评选 高中物理选修 3 1 第二章恒定电流 共 8 页 第 6 页 易错点 易错点 案例 如上图所示的电解液接入电路后 在t时间内有n1个一价正离 子通过溶液内截面S 有n2个二价负离子通过溶液内截面S 设e为元电荷 则以下关于通过该截面的电流的说法中 正确的是 电流微观表达式的应用 例 2 横截面积为S的导线中通有电流I 已知导线每单位体积中有n个自由电 子 每个自由电子的电荷量是e 自由电子定向移动的速率是v 则在时间 t 内通过导线横截面的电子数是 例题 2 教材 42 页例题 师生互动 讨论 如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率 和 我们的生活经验是否相符 怎样解释 通过例题分析让学生把电流与导线内自由电子的定向移动的速率联系起来 同时说明定向移动的速率和在导线中建立电场的速率是两个不同的概念 A nSv t B nv t C I t e D I t Se A 当当 n1 n2时时 电电流流大大小小为为零零 B 当当 n1 n2时时 电电源源外外部部电电流流方方向向由由 A 指指向向 B 电电流流 I n1 2n2 e t C 当当 n1 n2时时 电电源源内内部部电电流流方方向向由由 B 指指向向 A 电电流流 I 2n2 n1 e t D 电电源源外外部部电电流流方方向向由由 A 指指向向 B 电电流流 I n1 2n2 e t 驻马店市 2017 年优质课评选 高中物理选修 3 1 第二章恒定电流 共 8 页 第 7 页 探究问题探究问题 6 6 既然电子的定向运动速率很小 为什么闭合开关时电路中的 既然电子的定向运动速率很小 为什么闭合开关时电路中的 电灯立刻就亮了呢 电灯立刻就亮了呢 探究结论探究结论 6 三种速率 1 1 电流传导速率等于光速 电路一接通 导体中的电子立即受到电场力作用 电流传导速率等于光速 电路一接通 导体中的电子立即受到电场力作用 而定向移动形成电流而定向移动形成电流 对整体而言 对整体而言 2 2 电子定向移动速率 其大小与电流有关电子定向移动速率 其大小与电流有关 一般每秒为 一般每秒为 1010 5 5 m m 的数量级 的数量级 对每个电子而言 对每个电子而言 3 3 电子热运动速率 任何微观粒子都做无规则运动 其速度与温度有关 电子热运动速率 任何微观粒子都做无规则运动 其速度与温度有关 通常情况为每秒几百米 通常情况为每秒几百米 四 反思总结 当堂检测 让学生概括总结本节的内容 请一个同学到黑板上总结 其他同学在笔记本上 总结 然后请同学评价黑板上的小结内容 教师要放开 让学生自己总结所学内容 允许内容的顺序不同 从而构建 他们自己的知识框架 检测反馈 1 关于电流的方向 下列叙述中正确的是 A 金属导体中电流方向就是自由电子定向移动的方向 B 在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子 电流方向不能确定 C 不论何种导体 电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D 电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同 有时与负电荷定向移动的方 向相同 2 某电解质溶液 如果在 1 s 内共有 5 0 1018个二价正离子和 1 0 1019个 一价负离子通过某横截面 那么通过电解质溶液的电流强度是多大 板书设计板书设计 课题 1 电源和