高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十一章 电路及其应用1 电源和电流教案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十一章 电路及其应用1 电源和电流教案设计，共5页。教案主要包含了电源，恒定电流，电流的微观解释等内容，欢迎下载使用。

《电源和电流》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“电路及其应用”主题下的内容。教材首先分析导体内持续电流是怎样产生的，然后分析恒定电流的形成原因，说明如何定量描述电流的强弱，最后从微观角度解释恒定电流的形成。教材安排从现象到物理本质，从定性到定量，层层深入、递进挖深。本节主要内容是电流的产生和描述，电流概念是整个电路知识的最基本概念，从电流开始延申到电阻、电功、电功率和电动势等概念以及电路结构、电路规律，正确理解电流概念是进一步学习电路知识的基础。
从知识层面，学生在初中学习过恒定电路，将电池、导线和用电器连接形成闭合回路，电路中将产生稳定的电流，知道电流方向的规定，对电流的概念较为熟悉，但对电流的产生理解较浅，知道电荷的定向移动形成电流，但不理解为何电荷会定向移动。教学时要在分析电路中恒定电场建立的基础上，结合金属微观结构模型，分析电子在导体内的运动情况。
1.学生了解电源的作用，认识常见的电源。
2.学生了解恒定电路中的电场特点和电荷运动情况，了解导体中的恒定电场合恒定电流。
3.学生理解电流的定义，知道电流的单位。
教学重点：恒定电流的产生及电流大小的计算
教学难点：恒定电场的产生及对其含义的理解、恒定电流的产生
教学方法：讲授法、启发式教学、对话教学法
投影电路情境：
甲乙
问题：闭合两电路中的开关，甲图电表指针有何变化？乙图电表指针有何变化？电表指针变化情况相同吗？若不同，原因是是什么？
生：甲图中电表指针向右偏转后又回到左侧。乙图电表指针偏转一定角度不变，电流表示数指示某一数值，电路中有持续不变的电流。
设计意图：通过电容器放电和电池形成闭合回路两个电路，引入本节教学内容：电源在电路中的作用。电容器放电和闭合电路的情境学生熟悉，降低学生学习物理的畏难情绪，从学生已有的知识分析推理，建构知识，符合学生的认知学习规律。
1.电源
图甲
分析图甲中电子运动情况和两导体电势变化情况。
问题1：用导线将导体连接起来，电子如何运动？
问题2：两导体的电荷量如何变化？电势如何变化？最终结果如何？自由电子一直运动吗？能否持续形成电流？
问题3：在两导体间接入一个电源，电路中形成持续的电流。电源发挥什么作用？电源的功能是什么？
图乙
分析归纳：电源是一种吧自由电子从正极搬迁到负极的装置，维持导体两端电势差恒定不变。
2.恒定电流
电源用导体连接成闭合回路后空间电场分布示意图。
(1) 电荷分布在电源正负极、导线表面、不同导体的分界面等位置，电荷分布稳定不变；但导线内各处电荷在向前运动，它们原来的位置又被后续其他电荷占据.
(2)各处电荷共同激发电场，使得电路内部电场与电路弯曲形状相同；任一点电场E方向与该处导体表面平行；
(3) 稳定的电荷分布激发产生恒定电场，导体内部各点电场强度不变.
问题：恒定电场和静电场有何异同点？
分析：①二者的电荷分布和电场强度都不随时间变化
②激发静电场的电荷静止，产生恒定电场的电荷是运动的。
思考与讨论：恒定电场建立后，导线内部电场沿导线方向。电子在导体内部如何运动？电子会一直加速吗？电子在导体内运动受到阻力吗？
分析：金属导体由自由电子和离子实构成。形成闭合回路，导体内建立恒定电场，电子受电场力作用沿电场定向移动，同时自由电子与离子实频繁碰撞，受到阻碍作用。在电场力和阻碍共同作用下，可认为：电子沿电场以某一平均速率定向移动，在电路中形成电流。
归纳：电荷的定向移动形成电流。
方向：正电荷定向运动方向规定为电流方向。电子定向运动方向与电流方向相反。
电流 I = eq \f(q,t)
单位：安培 A 1A=1C/s
问题：金属导体中的电流是电子在电场力作用下定向运动形成的.导体内电子数密度越大，电子定向运动速率越快，电流越大.电流与大小与哪些因素有关？有何关系？
3.电流的微观解释
情境：取导体一小段，视为直导体。电子定向移动平均速率为v，导体单位体积内电子数密度为n。选取截面S，在时间t内电子运动的位移为vt。
问题1：在时间t内，哪些电子穿过截面？穿过截面的电子个数是多少？
问题2：电子电荷量为e，通过截面的电荷量q是多少？
问题3：根据电流含义，计算电流的表达式。影响电流的因素有哪些？
在时间t 内，穿过截面S的电子总数
N=n·V=nSvt
穿过截面S的电量为
q=N·e=nSvte
通过截面S的电流为
I=q/t =nSve
练习 铜的电子数密度n=8.4×1028m-3.导线横截面积为1mm2，通入2A电流，估算电子的平均定向移动速率.
□电源作用
□恒定电流
恒定电场含义
电流定义
□电流的微观解释：I=neSv
作业：“练习与应用”写在教材上； 教材76页 B组第1题
§ 11.1 电源和电流
一、电源
维持电势差恒定不变
二、恒定电流
恒定电场：导体内各点电场稳定不变
电流 I= eq \f(q,t) 标量
方向规定：正电荷定向移动方向
单位：A
三、电流的微观解释
I=neSv
本节通过类比和分析使学生对电源的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的知识有个初步的理解。恒定电场的建立过程建立在电场强度叠加原理上进行讲解，使学生初步了解恒定电场是如何建立的。教材直接指出“详尽的分析表明……”指明什么是恒定电场，这种编排方式对学生略显突兀，学生只能被动地接受，不理解原因。通过对电源附近和导体中电场分布的介绍，结合静电力知识分析得到电荷在电路中的分布和导体中电场与导体表面形状相同，使得恒定电场知识建立在学生所学知识基础上。教学表明，学生能够接受这种讲解方式。教学中要注意把握课堂节奏，注意教师讲解和学生分析控制在合理的平衡点。