高中物理人教版 (新课标)选修31 电源和电流教案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修31 电源和电流教案，共9页。

本章为电学基础知识，它在初中学过的电学知识的基础上，进行了加深和扩展，主要讨论了电源的作用，电路的组成和结构，有关电流的规律和电流、电压及功率的分配以及电路中的能量转化关系等内容。其中像电流、电压、电阻、电动势等物理概念以及部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律、电阻的串并联等物理规律，既是电磁学的基础，也是处理电路问题应用频率最高的知识点，在学习中应深入理解，熟练掌握。
从历年高考试题来看，本章的高考热点有三个：一是考查电路的计算，包括电阻的计算，串并联电阻的计算，电功、电热的计算，闭合电路欧姆定律的计算；二是电路分析，包括电容电路分析，电路变化动态分析，电功、电功率分配问题分析；三是电学实验，包括设计实验和进行实验灵活处理。
新课标要求
1．观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用。
2．初步了解多用电表的原理。通过实际操作学会使用多用电表。
3．通过实验，探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。
4．知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。
5．测量电源的电动势和内阻。
6．知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生产中的应用。
7．通过实验，观察门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用。
8．初步了解集成电路的作用。关注我国集成电路以及元器件研究的发展情况。
学情分析
学生在初中也学习过直流电路知识，与初中教科书不同的地方，最突出的是它可以将所学过的静电场知识作为学习的基础，从而大大丰富了本章教材内容的理论性，同时也为学生有意识将电路与静电场建立联系提供空间。
新课程学习
2.1 电源和电流
适用年级：高二 所需课时：1课时
作者姓名：鲁大勇 单位：滕州一中
联系电话：15964455225 电子邮箱：tzyzldy@126.cm
★新课标要求
（一）知识与技能
1、了解电流形成的条件。
2、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。
3、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。
（二）过程与方法
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的定向移动与电流之间的关系。
（三）情感、态度与价值观
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。
★教学重点
理解电源的形成过程及电流的产生。
★教学难点
会灵活运用公式计算电流的大小。
★教学方法
分析归纳法、讲授法
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★教学过程
（一）引入新课
教师：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。（板书课题：导体中的电场和电流）
（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？
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。
1．电源
教师：（投影）教材图2.1－1，（如图所示）
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。
教师：（投影）教材图2.1－2，（如图所示）
提出问题：如果在AB之间接上一个装置P，它能把经过R流到A的电子取走，补充给B，使AB始终保持一定数量的正、负电荷，情况会怎样呢？
引导学生讨论、解释可能会产生的现象。培养、锻炼学生的思维能力。通过学生回答，发表见解，培养学生语言表达能力。
师生互动，建立起电源的概念。
思考：电源P在把电子从A搬运到B的过程中，电子的电势能如何变化？电源发挥了怎样的作用？
过渡：在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点呢？
2、导线中的电场（了解）
教师：（投影）教材图2.1－3，（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2.1－4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。
说明：教师要引导学生运用微元法和矢量叠加的方法，探究导线中电场的变化情况，分析出最终导线两侧积累的电荷将达到平衡状态，垂直于导线方向上电场的分量将减为零，导线内的电场线保持和导线平行。这里一定要强调，这是电源电场和导线两侧的电荷得电场共同叠加的结果。
通过师生分析，建立起恒定电场的概念。引导学生理解电荷的“稳定分布”是一个动态平衡的过程，不是静止不变的。
思考：在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中还是否适用呢？
过渡：在恒定电场中自由电荷会受到电场力的作用，而发生定向运动，从而形成电流，恒定电场中的电流有何特点，又如何描述呢？
3、恒定电流
教师：恒定电场中的电流是恒定不变的，称为恒定电流（为什么？）。
电流的强弱就用电流这个物理量来描述。
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。电流的定义式是什么？
学生：I=
教师：回忆一下初中学过的知识，电流的单位有哪些？它们之间的关系是什么？
学生：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。
电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（μA）。
它们之间的关系是： 1 mA=10-3A； 1μA=10-6A
教师：1A的物理意义是什么？
学生：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1 A。即1A=1 C/s
［投影］教材42页例题，教师引导学生分析题意，构建物理模型，培养学生分析问题解决问题的能力。
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？
点评：通过对结论的讨论，深化对物理概念和规律的理解。
（三）课堂总结、点评
教师活动：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。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
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。
（四）实例探究
☆关于电流的方向
【例1】关于电流的方向，下列叙述中正确的是_______
A．金属导体中电流的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
解析：正确选项为C
电流是有方向的，电流的方向是人为规定的。物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反。
☆关于电流的计算
【例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？
解析：设在t=1 s内，通过某横截面的二价正离子数为n1，一价离子数为n2，元电荷的电荷量为e，则t时间内通过该横截面的电荷量为q=（2n1+n2）e
电流强度为I===×1.6×10-19A=3.2 A
【例3】氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？
解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电量q=e，由圆周运动的知识有：
T=
根据电流的定义式得：
I=
★课余作业
书面完成P43“问题与练习”第1、2题；思考并回答第3题。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
★资料袋
伏打与电池的发明
伏打（1745~1827年）是著名的意大利物理学家。他于1745年2月出生在科摩，1774年担任科摩大学预科物理教授，同年他发明了起电盘。1779年又去帕维亚大学担任了物理教授职务.1791年被选为伦敦皇家学会会员。
1780年，著名医生伽伐尼在一个偶然的情况下发现，当起电盘放电时，如果用金属解剖刀触动靠近起电盘的蛙腿肌肉，蛙腿便会发生痉挛.这就是第一个伽伐尼电池.但是伽伐尼对此并不理解，他认为青蛙体内产生了“动物电”.伏打对此很感兴趣，经过一番研究，他发现蛙腿只是起了显示电流通过的作用，所谓特殊的“动物电”是不存在的.伏打指出，伽伐尼实验中连接起来的是两种不同的金属（他称为第一类导体或干导体）和含液体的青蛙肌肉（他称为第二类导体或湿导体）。伏打把不同的金属板浸入一种电解液里，组成了第一个直流电源——伏打电池.他用几个容器盛了盐水，把插在盐水里的铜板、锌板连接起来，电流就产生了。1800年3月20日伏打向伦敦英国皇家学会宣布了这个发现。
伏打于1827年3月5日逝世，后人为了纪念他的功绩，将电势差的单位取名为伏特。
电流的微观表达式的推导
一、情景设置
如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q.
二、理论推导
AD导体中的自由电荷总数：N=nlS。
总电荷量Q=Nq=nlSq
所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t=
所以导体AD中的电流：I==nqSv.
由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关。