第二章恒定电流全章教案1.docx
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第二章恒定电流全章教案1
2.1导体中的电场和电流
教学目标：
（一）知识与技能
1、了解电源的形成过程。
2、掌握恒定电场和恒定电流的形成过程。
（二）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。
（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、难点：
理解电源的形成过程及电流的产生。
会灵活运用公式计算电流的大小。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教学手段：
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
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：
1mA=10-3A；1μA=10-6A
教师：
1A的物理意义是什么？
学生：
如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1C，导体中的电流就是1A。
即1A=1C/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
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？
师生共同分析课本上的例题1。
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
（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___C____
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方向相同，有时与负电荷定向移动方向相同
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1s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=1s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=3.2A
【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=
练习：
完成练习册上的相应的题目。
2.2电动势
教学目标：
（一）知识与技能：
理解电动势的概念，掌握电动势的定义式。
（二）过程与方法：
通过本节课教学，使学生了解电池内部能量的转化过程，加强对学生科学素质的培养，。
（三）情感、态度与价值观：
了解生活中的电池，感受现代科技的不断进步。
教学重、难点：
电动势的概念，对电动势的定义式的应用。
电池内部能量的转化；电动势概念的理解。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教学手段：
各种型号的电池，手摇发电机，多媒体辅助教学设备
教学过程：
（一）引入新课
教师：
引导学生回顾上节课学习的“电源”的概念。
在教材图2.1-2中电源的作用是什么？
教师：
（投影）（如图所示）
学生思考，选出代表回答：
电源能够不断地将电子从A搬运到B，从而使A、B之间保持一定的电势差；电源能够使电路中保持持续电流。
教师：
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？
从另一个角度看，电源又发挥了怎样的作用？
学生思考，选出代表回答：
电子的电势能增加了。
电源为电路提供了电能。
教师：
自然界中的能量是守恒的，电源为电路提供了电能，必然会有其他形式的能量减少，从能量转化和守恒的角度，你认为电源是个怎样的装置呢？
学生思考，选出代表回答：
电源是把其他形式能转化为电能的装置。
过度：
电源又是如何把其他形式能转化为电能的呢？
不同的电源把其他形式的能转化为电能的本领一样吗？
这个本领用什么来描述呢？
（二）进行新课
1、电源
教师：
（投影）教材图2.2-1（如图所示）
教师：
（1）用导线将电源连成最简单的电路，电路由哪几部分组成？
（2）导线中的电场是什么电场？
电流是怎样形成的？
特点如何？
为什么？
学生思考，回答：
（1）电路由两部分组成，电源外部能看得见的部分，称为外电路；电源内部看不见的部分，称为内电路。
（2）导线中的电场是恒定电场。
导线中的自由电子在电场力的作用下从电源正极向负极定向运动，形成电流。
导线中的电流是恒定电流，因为导线中的电场是恒定电场，所以电子定向运动的速率是不变的，电流大小恒定。
教师：
自由电子在导线中定向运动，电场力做什么功？
电子的电势能如何变化？
学生：
正功；减少。
教师：
自由电子定向运动的速率是不变的，能量还守恒吗？
该怎样理解？
学生：
守恒。
自由电子与带正电的离子相互碰撞，在定向运动过程中受到阻力作用，电子要不断克服阻力做功，其动能向热能转化。
教师总结：
大家说的对，概括地说，在电源外部，电场力对自由电子做正功，是电能转化为其他形式能，这个过程中消耗了电能。
这些电能又是哪里来的呢？
学生：
电源把其他形式能转化为电能。
教师：
根据前面的分析，大家讨论一下，电源是如何把其他形式能转化为电能的呢？
学生思考，分组讨论，选出代表回答。
点评：
给学生创造思考、探究的空间，培养学生的探究精神和学习热情，培养学生交流合作的品质。
通过学生的回答，培养表达能力。
学生代表回答：
在电源内部也存在电场，电场方向也是从正极指向负极。
根据电荷守恒定律，电源必须把自由电子不断地从正极搬运到负极，自由电子必须克服电场力做功，这就需要有“非静电力”作用于电子。
这个“非静电力”是电源提供的。
也就是说，电源通过非静电力做功，使电荷的电势能增加了。
教师点评、总结，引导学生建立起电源的概念：
电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。
教师：
出示干电池、手摇发电机，提出问题：
干电池、手摇发电机都可以做电源，这些电源中的非静电力相同吗？
所起的作用相同吗？
谈谈你的看法。
学生思考，分组讨论，选出代表回答。
干电池中的非静电力是化学作用，手摇发电机的非静电力是电磁作用，前者把化学能转化为电能，后者把机械能转化为电能。
非静电力虽然不同，但从能量转化的角度看，他们所起的作用是相同的，都是把其他形式能转化为电能。
点评：
再次加深学生对概念的理解。
教师：
电源有好多种，他们在把其他形式能转化为电能的本领相同吗？
举例说明。
学生举例：
手电筒、家用照明电灯、汽车上的照明电灯等，亮度不同。
教师：
在物理学上，该如何描述电源的这种本领呢？
（承上启下，过渡到下一问题）
2、电动势
教师：
引导学生从静电力对电荷做功，电荷电势能增加的角度建立起电动势的概念。
思考问题：
是不是静电力对电荷做的功越多，静电力做功的本领越大？
该如何描述静电力做功的本领？
学生思考，分组讨论，选出代表回答。
静电力对电荷做功的多少与电荷的数量有关，不能用做功多少来反映做功的本领。
静电力把相同数量的电荷从电源的一个极搬运到另一极，做功越多，电荷获得的电势能就越多，可以用静电力做功与电荷量的比值来反映静电力做功的本领。
教师：
电动势也是用比值定义的物理量，请把电动势的定义完整地说出来。
并写出电动势的定义式。
说明给物理量符号的意义和单位。
学生思考，得出电动势的定义，并写出电动势的定义式。
如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么W与q的比值
，叫做电源的电动势。
用E表示电动势，则：
式中W，q的单位分别是焦耳（J）、库仑（C）；电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，是伏特（V）。
电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，也跟外电路无关。
教师：
电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，电动势和电势差的物理意义有何不同呢？
学生思考，分组讨论，选出代表回答。
电动势：
。
W表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式能），E表示移动单位正电荷消耗化学能（或其它形式能），反映电源把其它形式能转化为电能的本领）。
电压：
。
W表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电势能，电压表示移动单位正电荷消耗的电势能。
反映把电势能转化为其它形式能的本领。
电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质。
教师指出：
电源内部也是由导体组成的，也存在电阻。
这个电阻叫做电源的内阻，大小由电源自身特点决定。
内阻和电动势都是反映电源特性的物理量。
（三）课堂总结、点评
（四）实例探究
☆对电源电动势的理解
【例1】下列关于电源的说法，正确的是（BD）
A．电源向外提供的电能越多，表示电动势越大。
B．电动势在数值上等于电源将单位正电荷从负极移送到正极时，非静电力所做的功
C．电源的电动势与外电路有关，外电路电阻越大，电动势就越大
D．电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能的本领越大
☆对电动势定义式的应用
【例2】铅蓄电池的电动势为2V，一节干电池的电动势为1.5V，将铅蓄电池和干电池分别接入电路，两个电路中的电流分别为0.1A和0.2A。
试求两个电路都工作20s时间，电源所消耗的化学能分别为多少？
哪一个电源把化学能转化为电能的本领更大？
解析：
对于铅蓄电池的电路，20s时间内通过的电荷量为q1=I1t=2C，
对于干电池的电路，20s时间内通过的电荷量为q2=I2t=4C，
由电动势的定义式
得电源消耗的化学能分别为
J
J
电动势反映电源把其他能转化为电能本领的大小，电动势越大，电源本领越大。
故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大。
作业：
1、课下阅读课本第44页阅读材料《生活中的电池》
2、课下阅读课本第45页“做一做”，各学习小组对常用可充电电池进行调查，形成书面材料，同学之间进行交流。
3、完成P46“问题与练习”第1、2、3题。
2.3欧姆定律
教学目标：
（一）知识与技能
1、知道什么是电阻及电阻的单位。
2、.理解欧姆定律，并能用来解决有关电路的问题。
3、知道导体的伏安特性，知道什么是线性元件和非线性元件。
（二）过程与方法
1、通过演示实验探究电流大小的决定因素，培养学生的实验观察能力。
2、运用数学图象法处理物理问题，培养学生运用数学进行逻辑推理的能力。
（三）情感、态度与价值观：
通过介绍欧姆的研究过程和“欧姆定律”的建立，激发学生的创新意识，培养学生在逆境中战胜困难的坚强性格。
重点：
欧姆定律的内容、表达式、适用条件及利用欧姆定律分析、解决实际问题。
难点：
伏安特性曲线的物理意义。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教学手段：
电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导体A、B（参考教材图2.3-1）、晶体二极管、投影片、多媒体辅助教学设备
教学过程：
（一）引入新课
同学们在初中已经学过了欧姆定律的一些基础知识，今天我们要在初中学习的基础上，进一步学习欧姆定律的有关知识。
（二）进行新课
1、欧姆定律
教师：
既然在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？
下面我们通过实验来探究这个问题。
演示实验：
投影教材图2.3-1（如图所示）
教师：
请一位同学简述如何利用如图所示的实验电路来研究导体A中的电流跟导体两端的电压的关系?
学生：
合上电键S，改变滑动变阻器上滑片P的位置，使导体两端的电压分别为0、2.0V、4.0V、6.0V、8.0V，记下不同电压下电流表的读数，然后通过分析实验数据，得出导体中的电流跟导体两端电压的关系。
教师：
选出学生代表，到讲台上读取实验数据。
将得到的实验数据填写在表格中。
换用另一导体B，重复实验。
［投影］实验数据如下
U/V
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
I/A
导体A
I/A
导体B
教师：
同学们如何分析在这次实验中得到的数据？
学生：
用图象法。
在直角坐标系中，用纵轴表示电压U，用横轴表示电流I，根据实验数据在坐标纸上描出相应的点。
根据这些点是否在一条直线上，来研究导体中的电流跟它两端的电压的关系。
教师：
请一位同学上黑板作U-I图线。
其他学生在练习本上作。
学生：
作图，如图所示。
教师：
这种描点作图的方法，是处理实验数据的一种基本方法，同学们一定要掌握。
分析图象，我们可以得到哪些信息？
学生：
对于同一导体，U-I图象是过原点的直线，电压和电流的比值等于一个常数。
这个比值可以写成：
R=
对于不同的导体，这个比值不同，说明这个比值只与导体自身的性质有关。
这个比值反映了导体的属性。
师生互动，得出电阻的概念：
电压和电流的比值R=
，反映了导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻。
教师：
将上式变形得：
I=
上式表明：
I是U和R的函数，即导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，这就是我们初中学过的欧姆定律。
教师：
介绍德国物理学家欧姆和欧姆定律的建立，从而对学生进行思想品德教育。
讨论：
根据欧姆定律I=
得R=
，有人说导体的电阻R跟加在导体两端的电压U成正比，跟导体中的电流I成反比，这种说法对吗？
为什么？
学生：
这种说法不对，因为电阻是导体本身的一种特性，所以导体的电阻与导体两端的电压及导体中的电流没有关系。
教师：
电阻的单位有哪些？
学生：
在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。
常用的电阻单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）：
1kΩ=103Ω1MΩ=106Ω
教师：
1Ω的物理意义是什么？
学生：
如果在某段导体的两端加上1V的电压，通过导体的电流是1A，这段导体的电阻就是1Ω。
所以1Ω=1V/A
教师：
要注意欧姆定律的适用条件：
纯电阻电路，如金属导体和电解液。
对于含有电动机等的非纯电阻电路不适用。
［投影］例题
例：
某电阻两端电压为16V，在30s内通过电阻横截面的电量为48C，此电阻为多大？
30s内有多少个电子通过它的横截面？
解析：
由题意知U=16V，t=30s，q=48C，
电阻中的电流I=
=1.6A据欧姆定律I=
得，R=
=10Ω
n=
=3.0×1020个
故此电阻为10Ω，30s内有3.0×1020个电子通过它的横截面。
［说明］使用欧姆定律计算时，要注意I、U、R的同一性（对同一个导体）。
2、导体的伏安特性
教师：
用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出的I—U图线叫做导体的伏安特性曲线。
如图所示，是金属导体的伏安特性曲线。
学生讨论：
在I—U曲线中，图线的斜率表示的物理意义是什么？
总结：
在I—U图中，图线的斜率表示导体电阻的倒数。
即k=
。
图线的斜率越大，电阻越小。
教师：
伏安特性曲线是过坐标原点的直线，这样的元件叫线性元件。
师生活动：
用晶体二极管、电压表、电流表、滑动变阻器、电键连成如左下图所示的电路，改变电压和电流，画出晶体二极管的伏安特性曲线，右下图所示，可以看出图线不是直线。
教师：
伏安特性曲线不是直线，这样的元件叫非线性元件。
（三）课堂总结、点评
（四）实例探究
☆欧姆定律的应用
【例1】两电阻R1、R2的伏安特性曲线如右图所示，由图可知：
（1）这两电阻的大小之比R1∶R2为___A____
A.1∶3B.3∶1C.1∶
D.
∶1
（2）当这两个电阻上分别加上相同电压时，通过的电流之比为__B_____
A.1∶3B.3∶1C.1∶
D.
∶1
【例2】若加在某导体两端的电压变为原来的3/5时，导体中的电流减小了0.4A.如果所加电压变为原来的2倍，则导体中的电流多大?
解析：
对欧姆定律理解的角度不同，求解的方法也不相同.本题可以有三种解法：
解答一：
依题意和欧姆定律得：
，所以I0＝1.0A
又因为
，所以
A
解答二：
由
得
A
又
，所以
A
解答三：
画出导体的I—U图像，如图所示，设原来导体两端的电压为U0时，导体中的电流强度为I0.
当
时，I=I0－0.4A
当U′＝２U0时，电流为I2.
由图知
所以I0＝1.0ＡI2＝2Ｉ0＝2.0A
说明：
（1）用I—U图像结合比例式解题，显得更直观、简捷。
物理意义更鲜明。
（2）导体的电阻是导体自身的一种属性，与U、I无关，因而
，用此式讨论问题更简单明了。
作业：
书面完成P48“问题与练习”第2、34、题；思考并回答第1、5题。
2.4串联电路和并联电路
教学目标：
（一）知识与技能
1、了解串联和并联电路的连接方式，掌握串并联电路的电流和电压特点。
2、掌握电组的串并联的计算。
3、知道常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G（表头）改装而成的。
4、了解电流表（表头）的原理，知道什么是满偏电流和满偏电压。
5、理解表头改装成常用电压表和电流表的原理，会求分压电阻和分流电阻的阻值。
（二）过程与方法
知道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。
通过分压电阻和分流电阻阻值的计算，培养学生应用所学物理知识解决实际问题的能力。
（三）情感、态度与价值观
通过本节课的教学活动，要培养学生的应用意识，引导学生关心实际问题，有志于把所学物理知识应用到实际中去。
教学重点：
熟练掌握串并联电路的特点；电组的串并联的计算。
教学难点：
表头G改装成大量程电压表V和电流表A的原理，并会计算分压电阻和分流电阻。
教学方法：
讲授、讨论、练习
教学手段：
投影片、多媒体辅助教学设备
教学活动
（一）引入新课
教师：
在初中我们已经学过有关串联和并联的知识，这节课我们要深入研究串并联电路中各部分的电流、电压及电阻的关系。
（二）进行新课
1、串联电路和并联电路的电流
教师：
（投影）教材图2.4-1和图2.4-2（如图所示）
引导学生推导出串联电路和并联电路的电流规律。
学生阅读教材，进行推导：
（1）在恒定电流的电路中各出电荷的分布是稳定的，因此，在相等时间内，通过串联电路各部分的电荷量必须相等，故有串联电路各处的电流相等。
即
（2）在并联电路中，要保持电路各处电荷量分布稳定不变，相同时间内流过干路0点的电荷量必须等于各支路1、2、3各点的电荷量之和。
因此，串联电路的总电流等于各支路电流之和。
即
2、串联电路和并联电路的电压
教师：
在图2.4-1中，用
、
、
、
分别表示电路中1、2、3各点的电势，用
、
、
、
分别表示0与1、1与2、2与3、0与3的电势差。
引导学生推导出串联电路和并联电路的电压规律。
学生阅读教材，进行推导：
（1）串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和。
即
+
+
=
（2）并联电路的总电压与各支路电压相等。
用U1、U2、U3代表图2.4-2中三个电阻两端的电压，即有
=
=
=
3、电阻的串联和并联
教师活动：
（投影）教材图2.4-3和图2.4-4（如图所示）
引导学生推导出串联电路和并联电路的电阻规律。
学生阅读教材，进行推导：
（1）串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和。
即
对于多个电阻的串联
（2）并联电路的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和。
即
对于多个电阻的串联
思考与讨论：
（1）n个相同的电阻R0并联，总电阻等于多少？
（2）若干不同的电阻并联，总电阻与其中最小的电阻的大小关系如何？
4、电压表和电流表
学生：
利用表头能够测量的最大电流和最大电压分别是多大？
教师：
常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表G（表头）改装而成的。
（投影）利用多媒体介绍表头的满偏电流Ig、内阻Rg和满偏电压Ug。
（1）满偏电流Ig
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