2022-2023学年人教版必修三 11.1 电源和电流 教案

11.1电源和电流〖教材分析〗由于学生在初中已经接触过电源和电流的概念。与初中不同的是将结合静电场的知识从本质上理解电源个电流的概念。本节知识也可以作为静电场的一个延伸，加强学生对物质观的认识。通过简单对恒定电场与静电场做一对比，以恒定电场会产生恒定电流为本节的重点，结构合理，逻辑清晰，不致使学生从静电场到电路的变化感到突兀。〖教学目标与核心素养〗物理观念：理解电源、电流的概念，知道物理意义。科学思维：体会电流的定义法，培养学生的迁移类推能力，抽象思维能力。科学探究：理解电源、电流的区别与联系。科学态度与责任：从雷电到持续的电流，理解物理知识是从自然现象中来的，并运用与生活实践，去感知科学的价值与应用；培养对科学的兴趣，坚定学习思考探索的信念。〖教学重点与难点〗重点：理解电源的形成过程及电流的产生。难点：电源作用的道理，电流的定义式。〖教学准备〗多媒体课件、南孚电池、充电宝等。〖教学过程〗一、新课引入通过多媒体课件动图展示：产生电流时的电子微观运动。无论在自然界还是在生产和生活领域，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？本节课我们就在初中学习的基础上进一步学习有关电流的知识。通过多媒体课件动图分别展示：打雷现象和手电筒强光照射。生活现象∶雷鸣时→强大电流、耀眼光芒→一瞬间。手电简→小灯泡持续发光→为什么?因为它有持续不断的电流。那产生电流的条件有哪些呢？二、新课教学（一）电源1.产生电流的条件首先要有自由电荷，一段导线有大量可以导电的自由电子，但是通常情况下这些电子都做无规则的热运动。（动图播放电子的无规则热运动）如果在导体中，任意取一个截面就会发现任意时刻中往左打往右的电子一样多。因此穿过这个截面的总电荷量为零，导线中没有电流。看来要想在导体中形成电流，光有电荷还不够必须让他们发生定向移动，才会形成电流。即：电荷的定向移动形成电流。2.怎么样才能让电荷定向移动呢？这就要求的导线两头必须要有电势差的。比如AB是两个分别带有正负电荷的导体球。他俩之间存在着电势差。当导线把他们连接起来后，实际上是B球的自由电子向A球运动形成的电流。这种运动很快使两球的电荷减少，AB之间的电势差也就随之迅速消失。自由电子定向运动,最终两个导体成了等势体。（动图播放电子从B到A的运动过程）导线中就没有电流了。也就是说用这种方法，到最终只能获得一个瞬时的电流。这个好像电闪雷鸣是强大的电流使天空发出耀眼的强光。但他只能存在于一瞬间。3.怎么样才能得到持续的电流呢？把电流类比连通管的水流。打开这个阀门，水就留下来，最终他们的液面是等高的，得到的是瞬间的水流。为了让这个水一直都在流动，装一个抽水机，这样它就可以得到源源不断的水流，即持续不断的水流。那么电流也是一样的，这就需要在AB之间接上一个装置P。让它把B跑到A的电子，不断的重新搬回到B。从而使AB之间维持着一定的电势差。这样一来导线中的自由电子在静电力的作用下，就能不断的进行定向移动使电路中的保持持续的电流。即：电路中维持一定的电势差就可以得到持续的电流。在电路中像P这样不断的把自由电子由A搬运到B在装置。叫电源。即：电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置。电源的作用就是保持导体两端的电势差，这样才能产生的持续的电流。例如小电筒中的小灯泡能够持续发光，就是因为电筒的电路中存在电源，使得电路中的电流能够持续存在。思考：导线中的电子为什么能从电源的负极沿导线定向移到正极?电子的运动是因为受到静电力的作用，说明导线中有电场。（二）恒定电流1.在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点?对比两个异种电荷产生的电场。但在实际电路当中，不只是存在异种电荷，还有其他的电路元件存在。详尽的分析表明，A、B周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不随时间变化。即：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。导体内的电场线保持与导线平行，由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和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。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。2.导体中自由电荷定向移动的原因?恒定电场→自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化→串联一个电流表，电流表的示数不变→恒定电流我们把大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。电流的强弱程度用电流这个物理量表示。单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大。如果用I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，则有①公式：(定义式）②单位：安培，符号A。安培是国际单位制的七个基本单位之一。根据电流的定义库伦就等于电流单位的安培乘以时间的单位秒，1C=1A·S。安是一个比较大的单位，通常我们还有mA和uA这两个小单位。它们的关系是mA=10-3AuA=10-6A③方向：除了大小电流还有方向，在电路中定向移动的可能是正电荷也有可能是负电荷，还可能两者都有。如果正电荷往右边运动，负电荷就往左边运动，它们产生的效应是一样的。那哪边算是电流的方向呢？习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流方向。按照这种规定在金属导体中带负电的自由电子导电，所以电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。而在电解液中，正负离子都参与导电，所以电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。注意：虽然电流有方向，但两个电流合成并不能使用平行四边形定则。而应该将两个电流直接加减，因此电流不是矢量而是标量。④q的物理意义：在使用定义式计算电流时，还要注意电量q的物理意义，按照定义q是：单位时间通过导体横截面的电量。如果是金属之类的导体只有一种自由电子定向移动。那找到它们的电荷量就行。而如果是电解液之类的情况，正负离子都会定向移动，此时的q应该如何处理呢？例：如果每一秒有1C的正电荷向右通过截面，同时有2C的负电荷向左通过截面。此时导体中的电流强度是多少呢？解析：这种情况下2C负电荷向左运动，跟2C的正电荷向右运动效果相同。所以应该把他们加起来，相当于每秒3C的正电荷向右通过截面。电流强度就是拓展学习：了解电流的微观解释电流的微观表达式:I=nesvSTSE电动汽车中的电池（阅读）课堂练习例1：手电筒中的干电池给小灯泡供电时，在某次接通开关的10s内通过某一横截面的电荷量为3C，则电流是多少?解题提示：根据定义式例2：一条导线中电流为50μA，在3.2s内通过这条导线某一横截面的电荷量是多少库伦？有多少个电子通过该横截面？解题提示：根据电流公式：q=It=50×10-6×3.2=1.6×10-4C而q=电子数目乘以电子电量=ne代入解得：n=1015个例3：关于电流，下列说法中正确的是（）A.通过导体截面的电量越多，电流越大B.电子运动的速率越大，电流越大C.单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大D.因为电流有方向，所以电流是矢量解题提示：电流的定义是单位时间内通过导体截面的电量，是标量。选C。〖板书设计〗11.1电源和电流一、电源1.电流：电荷的定向移动形成电流。条件：①存在自由电荷。②导体两端始终存在电势差(电压)2.电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置作用：保持导体两端的电