恒定电流教学设计(发送)

恒定电流教学设计电流教学过程：一 形成电流的条件先由学生阅读教材回答形成电流的条件：再由老师讲解形成电流的条件。电流产生的条件：（1） 导体内有大量自由电荷（金属导体自由电子；电解质溶液正负离子；导电气体正负离子和电子）（2） 导体两端存在电势差（电压）问题讨论：如果把金属导体的一端接在带正电的金属球A上，另一端接在带负电的金属球B上。讨论：(1) 金属导体上是否有电流形成？(2) 体上的电流是否能持续存在？要想得到持续电流条件是什么？总结：导体中存在持续电流的条件：是保持导体两端的电势差。电源的作用就是保持电路两端的电势差，使电路中有持续的电流。二 电流强度（I）为了表征电流的强弱，引入一个物理量电流强度（I）定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值叫做电流强度。简称电流。数学表达式：I=q/t说明：电流强度的单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。如果在1秒内通过导体横截面的电量为1库，导体中的电流强度就是1安培。在常驻用单位中，电流的单位还有毫安（mA），微安（A）1 mA=10-3A1A=10-6A三 电流的方向电流可以由正电荷的定向移动形成，也可以是负电荷的定向移动形成，也可以是由正负电荷同时定向移动形成。习惯上规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向。说明：（1）负电荷沿某一方向运动和等量的正电荷沿相反方向运动产生的效果相同。金属导体中电流的方向与自由电子定向移动方向相反。 （2）电流有方向但电流强度不是矢量。 （3）方向不随时间而改变的电流叫直流；方向和强度都不随时间改变的电流叫做恒定电流。通常所说的直流常常指的是恒定电流。例题分析：例1 一根铜导线，横截面积为1.0mm2,载有1.0安电流,已知铜导线内自由电子的密度n=8.51028个/m3,每个电子电量为1.610-19C,试求:铜导线中自由电子定向移动的速度为多大?(7.410-5m/s)欧姆定律复习引入：（1）导体中产生电流的条件是什么？ （2）既然导体两端有电压，导体中才有电流，那么导体中的电流强度跟导体两端的电压有什么关系呢本节课我们就来复习这个问题（欧姆定律）讲授新课：1 导体中的电流与导体两端电压的关系演示实验：（1）在如图所示的电路中，连接着一段导线AB，导线两端的电压可由电压表读出，导线中通过的电流可由电流表读出。改变滑动片P的位置，可以改变导线两端的电压。测得一组数据如下表：电压（V）020406080100电流（A）0020040060078098数据处理：为了更明显，用直角坐标系表示出IU的关系， 根据测得的数据画出IU的关系图线，得到一 条直线（）表 明：导线AB中的电流跟它两端的电压成正比，且对AB这根导线来说，比值U/I=10是个定值，这个比值不随U或I的改变而改变，是导线本身的一种性质。（2）用一段更细的导线CD代替AB，重做实验。电压（V）020406080100电流（A）0013028040054066数据处理：根据数据作出IU关系图线，得到一条直线（）表 明：导线CD中的电流跟它两端的电压成正比，且对CD来说，比值U/I=15是个定值，这个比值不随U或I的改变而改变。比较结论：（1）对同一导体，导体中的电流跟它两端的电压成正比。 （2）在相同电压下，U/I大的导体中电流小，U/I小的导体中电流大。所以U/I反映了导体阻碍电流的性质，叫做电阻（R） （3）在相同电压下，对电阻不同的导体，导体的电流跟它的电阻成反比。2 欧姆定律：德国物理学家欧姆最先用实验研究了电流跟电压，电阻的关系，得出了如下的结论：导体的电流强度跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比欧姆定律。说明（1）欧姆定律的数学表达式：I=U/R。（2）R的单位：（3）欧姆定律适用于金属导体和通常壮态下的电解质溶液，对气态导体和其它一些导电原件（电子管，热敏电阻）不适用。对电路而言，它只对一段不含电源的导体成立。电阻定律 电阻率复习引入：（1）欧姆定律是如何表述的？ （2）不同导体的电阻大小不同，那么，导体电阻的大小是由哪些因素决定的呢？我们这堂课就来研究这个问题。讲授新课：演示实验：在如图所示的电路中，保持BC间的电压不变 BC间接入同种材料制成的粗细相同，但长度不相同的导线。现 象：导线越长，电路中电流越小。计算表明：对同种材料制成的横截面积相同的导线，电阻大小跟导线的长度成正比。 BC间接入同种材料制成的长度相同，但粗细不相同的导线。现 象：导线越粗，电路中的电流越大计算表明：对同种材料制成的长度相同的导线，电阻大小跟导线的横截面种成反比。即：导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比这就是电阻定律。RL/SR=L/S（1）（1）式中的是个比例系数.当我们换用不同材料的导线重做上述实验时会发现:不同材料的值是不相同的,可见, 是个与材料本身有关的物理量,它直接反映了材料导电性的好坏,我们把它叫做材料的电阻率. RS/L（2）注意:电阻率的单位由(2)式可知为:欧姆米(m)各种材料的电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为1米,横截面积为1平方米的导体的电阻. 但电阻率并不由R S和L决定.引导学生阅读P30表格思考:哪些物质电阻率小,哪些物质电阻率大?纯金属的电阻率小,合金的电阻率较大,橡胶的电阻率最大.电阻率相差悬殊各有什么用途?电阻率小用作导电材料,电阻率大的用作绝缘材料.表中说明“几种材料在200C时的电阻率”,这意味着什么?材料的电阻率跟温度有关系.各种材料的电阻率都随温度而变化.a,金属的电阻率随温度的升高而增大,用这一特点可制成电阻温度计(金属铂).b,康铜,锰铜等合金的电阻率随温度变化很小,故常用来制成标准电阻.c,当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小到零,这种现象叫做超导现象,处于这种状态的物体叫做超导体.综上所述可知:电阻率与材料种类和温度有关.(对某种材料而言,只有温度不变时才是定值,故(1)式成立的条件是温度不变)在温度不变时,导线的电阻跟它的长度成正比,跟它的横截面积成反比这就是电阻定律。巩固新课：提出问题1：改变导体的电阻可以通过哪些途径？回 答：改变电阻可以通过改变导体的长度，改变导体横截面积或是更换导体材料等途径。最简单的方法是通过改变导体的长度来达到改变电阻的目的。（以P31（5）题为例介绍滑线变阻器的构造及工作原理）提出问题2:有一个长方体的铜块,边长分别为4米,2米,1米(如图所示),求它的电阻是多大?(铜的电阻率为1.710-8欧米).通过本例注意: R=L/S 中S和L及在长度L中,导体的粗细应该是均匀的.提出问题3:一个标有“220V，60W”的白炽灯泡，加上的电压U是由0逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图线表示，在下图中的四个图线中，肯定不符合实际的是（ ACD ）提出问题4：一根粗细均匀的电阻丝，当加2V电压时，通过的电流强度为4A。现把此电阻丝均匀拉长，然后加1V的电压，这时电流强度为0.5A.求此时电阻丝拉长后的长度应原来长度的几倍?（2倍）提出问题5:一立方体金属块,每边长2cm,具有510-6欧的电阻,现在将其拉伸为100米长的均匀导线,求它的电阻? （125欧）电功和电功率复习引入：闭合电路是由电源，用电器，导线和控制用电器的开关组成的。用电器就是将电能转化成其他形式能的设备。 例:电动机工作是将电能转化为机械能 电热器工作是将电能转化为内能 电解槽工作是将电能转化为化学能用电器将电能转化为其他形式能的过程，就是电流做功的过程。电流通过用电器做功究竟和哪些因素有关呢？我们这节课就来学习这方面的知识。讲授新课：1 电功初中学习电功概念是直接给出电功公式：W=UIt（1）式教师引导学生用电场理论再重新分析一下上述结论。例：如图所示。电场中AB两点间的电势差为UAB。现有带电量+q的电荷在电场力作用下自A搬动到B点。电场力做多少功？W=Uq（2）式如果在导体两端加上电压，导体内就建立了电场，电场力在推动自由电子定向移动时要做功，设导体两端的电压为U，通过导体横截面的电量为q。则电场力做的功为W=Uq，由q=It得W=UIt（3）说明：a 在一段电路上，电场力做的功常说成是电流做的功，简称电功。b 电功公式的物理意义：电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端的电压，电路中的电流强度和通电时间成正比。C（3）式中W，U，I，t的单位分别是焦耳，伏特，安培，秒。2电功率为了描述电流做功的快慢，引入了一个物理量电功率（P）。定 义：电流所做的功跟完成这些功所用的时间的比值叫做电功率。数学表达式： P=W/t（4）式 P=UI （5）式说明：a（5）式中PUI的单位分别是瓦，伏，安。b. 一段电路上的电功率,跟这段电路两端的电压和电路中的电流强度成正比.c. 用电器上一般标有电功率和电压它们分别是用电器的额定功率和额定电压。 每个用电器正常工作时所需要的电压叫做额定电压，在这个电压下消耗的功率称为额定功率.串联电路串联电路：把导体一个接一个地依次连接起来，所组成的电路就为串联电路。串联电路的基本特点： 电路中各处的电流相等；I1=I2=I3=In 电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和；U=U1+U2+U3+Un串联电路的几个重要性质：根据串联电路的基本特点和欧姆定律来推导： 串联电路的总电阻：（即用一个电阻代替电路中的几个电阻，而效果相同）U=IR根据串联电路的电压分配原则，可以将滑线变阻器接成如图的分压器。UPB=RPBU/R当滑动片P从A滑到B的过程中RPB由R变到零，UPB由U变到零即能获得连续变化的电压，电学实验中经常要用到。U=U1+U2+U3+UnIR =IR1+IR2+IR3+IRnR=R1+R2+R3+Rn故：串联电路的总电阻等于各段电路中电阻之和。请学生从电阻定律的角度思考这一结论的正确性。 串联电路的电压分配：I=U/RU/R=U1/R1=U2/R2=U3/R3=Un/Rn故：串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比。 串联电路的功率分配：P=I2RP1/R1=P2/R2=P3/R3=Pn/Rn故：串联电路中各电阻消耗的功率跟它们的阻值成正比。例：把阻值不同的灯泡串联接入照明电路中，会看到阻值大的灯泡亮，表明它消耗的功率大；阻值小的灯泡暗，表明它消耗的功率小。附：电路中消耗的总功率等于各个用电器消耗的电功率之和（学生自已证明）例题分析例1：（P38例题）有一盏弧光灯，额定电压为40V，正常工作时通过的电流为5.0A,应该怎样把它连入220V的照明电路中?本例题说明：串联电阻可以分担一部分电压，使额定电压低的用电器能连到电压高的线路上使用。串联电阻的这种作用叫分压作用，作这种用途的电阻又叫做分压电阻并联电路讲授新课：并联电路：把几个导体并列地连接起来，就组成了并联电路（如图所示）并联电路的基本特点： 电路中各支路两端电压相等； U1=U2=U3=Un=U 电路中的总电流等于各支路的电流之和。I=I1+I2+I3+In并联电路的几个重要性质：根据并联电路的基体特点和欧姆定律推导： 并联电路的总电阻：（即用一个电阻代替并联电路中的几个电阻，而效果相同）I=U/RI=I1+I2+I3+InU/R=U/R1+U/R2+U/R3+U/Rn1/R=1/R1+1/R2+1/R3+1/Rn故：并联电路总电阻的倒数，等于各个导体的电阻的倒数之和。说明：如果n个阻值都是r的电阻并联，它的总电阻R=r/n并联电路的总电阻要比其中最小的电阻还要小。？请学生利用电阻定律说明以上结论的正确性。 并联电路的电流分配：I1R1=I2R2=I3R3=InRn=U故：并联电路中通过各个电阻的电流跟它的阻值成反比。说明并联电路的分流作用。 并联电路的功率分配：P1R1=P2R2=P3R3=PnRn=U2故：并联电路中各个电阻消耗的功率跟它的阻值成反比。例：把几个阻值不同的灯泡并联在照明电路里会发现电阻小的灯亮，表明它消耗的功率大；电阻大的灯泡暗，表明它消耗的功率小。附：电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和（由学生自已证明）并联电路习题课：例1：电阻R1和R2并联在电路中，通过R1的电流强度是通过R2的n倍；则当R1和R2串联在电路中时，R1两端的电压U1和R2两端的电压U2之比（ 1：n ）例2：如图所示，三个阻值相同的电阻接在电路中，已知三个电阻的额定功率均为10W，则AB间允许消耗的最大功率是（ B ）A10WB15WC20WD30W例3：如图所示中，已知12345求B间的总电阻.例4：一个盒子里装有由导线和几个阻值相同的电阻组成的电路，盒外有4个接线柱，如图所示，已知接线柱13间的电阻是34间电阻的3倍，是14间电阻的1.5倍，接线柱24间没有明显电阻。画出盒内的电路图（用最少的电阻）电压表和电流表教学目的：在“串联电路”和“并联电路”的基础上1.使学生清晰了解给电流表串联分压电阻就可把它改装为可以用来测量较大电压的伏特表，并了解多量程伏特表内部分压电阻的连接方法。2.使学生清晰了解给电流表并联分流电阻就可把它改装为可以用测量较大电流的安培表，并了解多量程安培表内部分流电阻的连接情况。教 具: 示教式大型电流表(附有分压电阻和分流电阻)教学过程:讲授新课:引 入:常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的.电流表的主要部件:是一块永久磁铁和一个能在永久磁铁的磁场中转动的线圈.电流表的工作原理:当线圈中有电流通过时,线圈在磁场力的作用下带动指针一起偏转.线圈是由很细的导线绕成的,它的电阻Rg就是电流表的电阻,一般为几百到几千欧,这个线圈允许通过的最大电流Ig叫做电流表的满偏电流,一般只有几十微安到几毫安. 指针偏角I,(U=IRg)故可用偏角示数(刻度板上标出的读数)来反映了电路中电流(或电路两端电压)的大小.一.分压作用和电压表:设问: 因为IgRg一般很小,不能直接用电流表测量较大的电压,如果被测电压U大于IgRg,通过电流表的电流将超过Ig而将电流表烧坏.那么怎样解决这个问题呢?说明: 如果给电流表串联一个分压电阻,分担一部分电压,就可以用来测量较大的电压了.加了分压电阻并在刻度板上标出电压值,就把电流表改装成了电压表.例如: 有一个电流表电阻Rg=1000欧,满偏电流Ig=100A.要把它改装成量程为3V的电压表,应该串联多大的电阻呢?(R=29K).R串=(U-Ug)Rg/Ug二.分流作用和电流表(安培表):设问: 因为Ig一般较小,不能直接电流表测量较大的电流.如何利用电流表测量较大的电流呢?说明: 并联电阻可以分担一部分电流,并联电阻的这种作用叫做分流作用,作这种用途的电阻又叫做分流电阻.为了使电流表能够测量几个安培甚至更大的电流,可能给它并联一个分流电阻,分掉一部分电流,这样在测量大电流时,通过电流表的电流也不致超过满偏电流Ig.例如: 电阻Rg是1000欧,满偏电流Ig是100A的电流表,要改装成量程为1A的电流表,应该并联一个多大的分流电阻?( 0.1欧 )R并=IgRg/(I-Ig): 电流表的内阻Rg不是很大,也不是很小,解题时,一般要考虑电表的电阻；改装后的安培表的内阻很小，解题时往往忽略不计；改装后的电压表的内阻很大，解题时常常把它视为断路（）巩固新课：电动势教学目的：懂得电动势是为了表征电源的特性而引入的概念,它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压；通过实验研究,掌握闭合电路中电源电动势与内外电压的关系；从电路中的能量转化的角度理解电子表动势的物理意义.教学过程：复习引入：.设问:为了使电路中有持续的电流,要具备什么条件?在实验中怎样才能使这一条件得到满足?(必须使电路两端保持一定的电压,只要把电路两端分别接到电源两极,由于电源两极间有一定的电压,电路中就有持续的电流). 2.设问:各种电源两极间的电压是不是都一样呢?电源有什么特性?用什么物理量来描述电源的特性?怎样描述?(本节课就来研究这些问题)讲授新课:一.电源电动势：演示： 用伏特表测量号，号，号干电池及蓄电池组每缸的电压结果： 尽管干电池型号不同，但两极间电压都是.5伏,蓄电池每缸电压都是2伏.表明: 同种电源两极间的电压相同,不同种类的电源两极间电压不同.这说明电源两极间的电压是由电源本身的性质决定的.为了表征电源的这种特性,物理学中引入了电动势的概念.电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.用符号表示,单位是伏特.二.内电压和外电压：演示：把电源接入电路，电路中有了电流，再将电压表连接到电源的两极间现象：可以看到，电压表的示数小于电源电动势设问：为什么会产生这种现象呢？要了解它的原因，需要进一步研究闭合电路里电压和电动势的关系分析：设问：闭合电路的内电压，外电压和电动势间的关系怎样呢？演示：利用如图所示电路来研究电动势与内电压和路端电压的关系。外电压U1.251.351.400.950.900.70内电压U10.350.250.150.600.700.85结果: 在误差允许的范围内,内外电压的和是一个恒量,这个恒量的大小,跟用电压直接测得的电动势的大小是一致的,即=U+U1故：在闭合电路里，电源电动势等于内外电压之和，正是由于有内电压，电源两极间的电压才小于电源的电动势三电动势的物理意义：=U+U1 q=qU+qU1可以把q(U+U1)理解为移送电量为q的电荷时,在内外电路上所消耗的电能,这个能量只能由电源提供,则 q为电源提供的能量.故在数值上等于电路中通过1库仑电量时电源所提供的能量.表征了电源把其它形式的能转化为电能的本领.P49.举例说明.闭合电路欧姆定律复习引入:1.问:电动势的物理意义是什么?它在数值上等于什么?(表明在闭合电路中通过1C电量时,电源把多少其它形式的能转化为电能,因而是动势表征电源把其它形式的能转化为电能的特性的物理量；在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.)2.问:写出(部分电路)欧姆定律的公式,并指出定律的研究对象.(表达式:I=U/R或U=IR,欧姆定律研究同一段电路上的I U R的关系.)3.设问:上述欧姆定律只是研究一段纯电阻电路上的问题,如果研究对象是包括电源在内的闭合电路,那么电路中的电流强度又跟什么有关?关系如何呢?这些问题就要由闭合电路的欧姆定律来解决了.本节课就要学习这一定律,并运用它解决一些具体问题.讲授新课:1.推导闭合电路的欧姆定律的数学表达式,并说明其物理意义.给出条件: 闭合电路中,电源电动势为,内电阻为r,外电阻为R,电路中的电流强度为I.提出要求: 寻找I R r的关系.推 导: 上式表明：闭合电路里的电流强度，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比.这就是闭合电路的欧姆定律.注 意: 式中的I是闭合电路中的总电流强度,如果外电路还有其它并联支路,则I是整个电路的干路电流强度,式中的R是整个外电路的总电阻,R+r就是整个闭合电路的总电阻.(学生练习高二物理P55（1）的第1问)2研究路端电压变化规律： 研究路端电压随外电阻的变化规律：提出问题：如果把P55（1）题的外电路电阻的数值改变了，可以肯定路端电压是会变化的。在和r不变的情况下，路端电压随外电阻变化的规律究竟是怎样的呢？分 析：说 明：路端电路随外部电阻的变化而发生变化的原因是电源有内阻r；外电路断开时，R- U=即路端电压等于电源电动势。这正是表明可以用伏特表直接测量电源电动势的道理。（实际上U略小于？）外电路短路时，R=0 U=0 I=/r由于r一般很小，所以短路电流很大.电流太大不但会烧坏电源,还可能引起火灾,要注意避免发生.闭合电路欧姆定律习题课：例1：如图所法,当滑线变阻器的滑动触点向上端移动时( A )A. 伏特表V的读数增大,安培表A的读数减小B. 伏特表V和安培表A的读数都增大C. 伏特表V和安培表A的读数都减小D. 伏特表V的读数减小,安培表A的读数增大思考：如图所示电路中，电源电动势和内电阻为定值，固定电阻的阻值小于变阻器两端之间的总阻值，。当变阻器的滑片从向移动过程中，两电压表和的示数变化是（D）A.V1变大,V2变大B.V1变大,V2变小C.V1先变大后变小,V2先变大后变小D.V1先变大后变小,V2总增大例2:如图所法,A灯与B灯电阻相同,当滑动变阻器滑动片向下滑动时,两灯的变化是(C )A.A灯变亮,B灯变亮B.A灯变暗,B灯变亮C.A灯变暗,B灯变暗D.A灯变亮,B灯变暗思考:如图所示,当滑动变阻器的滑动片P向左端滑动时( B )A. 安培表的示数减小,伏特表的示数增大B. 安培表的示数增大,伏特表的示数减小C. 安培表和伏特表示数都减小D. 安培表和伏特表示数都增大例3:如图所示,R1=14欧,R2=9欧,只闭合电键S1时,电流表的读数为0.2A;只闭合电键S2时,电流表的读数为0.3A.当S1和S2同时闭合时,电流表的读数为多少?(0.46A)思考:电源电动势=6V,内电阻r=0.5欧,当它和一只外电阻连接时电源输出功率为10W,试求闭合电路中的电流强度.(2A或10A)例4：如图所示，电源电动势为，内电阻为r，外电路总电阻为R，当K闭合后，电源的总功率为多少？电源的输出功率为多少？外电路消耗的功率为多少？电源内部消耗的功率为多少？电源的供电效率为多少？思考：如图所示的电路中，电源电动势为，内电阻为r，求：开关闭合后，外电路电阻R的阻值为多少时，电源的输出功率最大？此时电源的输出功率为多大？电源的效率为多少？开关闭合后，外电路电阻R的阻值为多少时，电源内部消耗的功率最大？电源的效率为多少？思考：如图所示的电路中，电池的电动势=5V，内阻r=1欧，固定电阻R=90欧，R0是可变电阻，在R0由零增加到400欧的过程中，求： 可变电阻R0上消耗的热功率最大的条件和最大热功率； 电池的内电阻r和固定电阻R上消耗最小的热功率之和。电阻的测量引入新课：电阻值是导体的一个重要特性，测量导体的电阻值有很多用途，我们发展了许多测量电阻值的方法。现在只介绍其中的两种方法：伏安法和欧姆表法。新课教学:1.伏安法:(1)一般地说,一个物理量的定义就告诉了我们测量它的方法.伏安法测电阻是根据电阻的定义来的.设 问: 电阻是如何定义的? (要求学生回答R=U/I)说 明: 根据定义可知只要测出电阻两端的电压UR和通过电阻的电流IR就可以算出电阻值Rx=UR/IR.这种测量电阻的方法叫做伏安法.(注意:用符号UR,IR是为了准确表达电阻上的电压和电阻中通过的电流)(2)具体测量时应在待测电阻Rx上加一电压,再用伏特表,安培表测电压,电流.(引导学生画出图甲和图乙所示的两种测量电路) 指 出:（甲）图叫安培表外接法，（乙）图叫安培表内接法。说 明： 我们认为待测电阻值就等于电压表读数与安培表读数之比.设 问: （甲）（乙）两图测量的电阻值相同吗?引导学生讨论,总结讨论结果时明确下述问题.按照定义Rx=UR/IR但实际上电压表,电流表都有一定的电阻.对(甲)图,伏特表指示的电压UV等于电阻两端的电压UR,即UV=UR.安培表指示的电流IA等于通过电阻和伏特表电流之和,即IA=IR+IV.故(甲)图测得的电阻值Rx甲=UV/IA=UR/(IR+IV)待测电阻的真实值Rx=UR/IR即RX甲Rx.对（乙）图,伏特表指示的电压UV等于电阻和安培表的电压之和,即UV=UR+UA.安培表指示的电流等于通过电阻的电流,即IR=IA.故（乙）图测得