最新人教版高中物理选修31第二章《电源和电流》教学设计.docx

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最新人教版高中物理选修31第二章《电源和电流》教学设计

教学设计

1　电源和电流

本节分析

学生学习了第一章的静电场，对电场力做功、电势能的变化已经有了较深刻的认识，此刻不失时机地引导学生认识恒定电场，是符合学生心理特点的．教材首先利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，然后引导学生分析恒定电场形成的过程，引出了电源和恒定电流的定义和物理意义．教师引导学生分析思考，这样更能激发学生的求知欲和学习物理的兴趣．

学情分析

学生已经基本掌握了学习物理的思维方法，如对比分析、抽象思维想象等．在学习本节内容之前学生还学习了静电场和导体静电平衡的知识，有一定的有关电场知识的基础．电源虽然在生活中是比较常见的，但是本节要讲授的是电源内部的工作原理和导线中的电流，是较为抽象的知识，比较容易理解．

教学目标

　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．

　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．

　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

1．理解电源的形成过程及电流的产生原因．

2．会灵活运用公式计算电流的大小．

教学方法

教师启发引导教学与探究法相结合，并辅以小组合作学习与多媒体教学相结合．

教学准备

多媒体教学课件．

教学设计（设计者：

杨东升）

教学过程设计

主要教学过程

教学设计

教师活动

学生活动

一、引入新课

【问题引入】

展示：

电闪雷鸣的图片.

演示：

小灯泡发光的实验.

观察并讨论：

电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，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，这是为什么呢？

学生观察、思考、交流、总结.

二、新课教学

（一）电源

【自主探究】

问题1：

电流形成的条件是什么？

电荷的定向移动形成电流.

说明：

从宏观上看，电荷的热运动不能形成电流.

问题2：

导体中产生电流的条件是什么？

导体的两端存在电势差.

思考与讨论：

分别带正、负电荷的A、B两个导体球，如果用一条导线将它们连接起来，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？

导线中能否出现电流？

这个电流有什么特点？

结论：

A、B之间电势差减小，最终A、B两个导体球会达到静电平衡，导线中的电流只能是瞬时的.

问题3：

如何使电路中有持续电流？

类比：

如图，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下发生定向运动，从水池A流动到水池B.A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，细管中只可能有一个瞬时水流.

思考与讨论：

怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？

结论：

可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使细管中有源源不断的水流.类比可知，电路中有持续电流的条件是导体两端有电势差.

【自主探究】

问题：

什么装置能把自由电子从正极搬迁到负极，使得导体两端保持电势差（电压），电路中有持续的电流.

结论：

电源

（设计意图：

通过类比使学生知道电源的作用.）

思考：

电源在搬运电子的过程中，电子的电势能如何变化？

电源发挥了怎样的作用？

【归纳总结】

1.能把自由电子从正极搬到负极的装置.

2.作用：

保持导体两端的电势差（电压），使电路中有持续的电流.

学生自主探究并归纳总结.

小组讨论探究，学习体会并归纳总结.

学生思考讨论，并总结归纳.

（二）恒定电场

问题：

在有电源的电路中，导线内部的电场强度有什么特点呢？

电荷在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定，导线内的电场线保持和导线平行.

（设计意图：

通过对恒定电场的介绍，为恒定电流的教学做好伏笔.）

【归纳总结】

恒定电场是由稳定分布的电荷产生的稳定的电场.

初步体会恒定电场的特点是一个动态平衡的过程，不是静止不变的.

（三）恒定电流

【合作探究】

问题：

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什么特点呢？

分析：

由于恒定电场的作用，导体中自由电荷定向运动的速率增加，而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表，电流表的读数保持恒定.

【归纳总结】

恒定电流：

大小、方向都不随时间变化的电流.

问题：

如何描述电流？

（1）物理意义：

表示电流的强弱程度.

（2）定义：

通过导体横截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流.

（3）公式：

I＝

.

（4）单位：

安培（A），1A＝1C/s.

常用单位：

毫安（mA）、微安（μA）.

（5）方向：

正电荷定向移动的方向.

【延伸拓展】

（1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流.

（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反.

（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反.导电时是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电荷量q表示通过横截面的正、负离子电荷量绝对值之和.

（4）电流是标量，它的运算不遵循平行四边形定则.

【巩固练习1】

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

2.电流方向与正电荷定向移动的方向　　　　，与负电荷定向移动的方向　　　　Ｗ.

3.在金属导体中，若10s内通过横截面的电荷量为10C，则导体中的电流为　　　　Ｗ.

结论：

电流等于通过导体横截面的　　　　与通过这些　　　　所用的　　　　的比值.

4.某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为1C，则电解液中的电流为　　　　Ｗ.在电解液中，电荷量是通过横截面的正、负离子电荷量绝对值的　　　　Ｗ.

【例题】有一条横截面积S＝1mm2的铜导线，通过的电流I＝1A.已知铜的密度ρ＝8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M＝6.4×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1，电子的电荷量e＝－1.6×10－19C.求铜导线中自由电子定向移动的速率.

（设计意图：

通过例题的讲解，使学生了解电流的微观表达式.）

【合作探究】

问题：

你认为计算出的电子定向运动速率与我们的生活经验是否相符？

怎样解释？

【归纳总结】

三种速率的区别

（1）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力的作用而定向移动形成电流.（对整体而言）

（2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般为每秒10－5米的数量级.（对每个电子而言）

（3）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与温度有关，通常情况为每秒105米数量级.

【巩固练习2】

1.下列叙述中正确的有（　　）

A.导体中电荷运动就形成电流

B.电流的单位是安

C.电流是一个标量，其方向是没有意义的

D.对于导体，如果两端电势差不为零，则电流一定不为零

2.关于电流，下列说法正确的是（　　）

A.根据I＝qt可知I与q成正比

B.如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则通过该导体的电流是恒定电流

C.电流有方向，是标量

D.电流的单位“安培”不是国际单位制单位

3.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是多大？

独立完成后，以小组为单位进行展示.

学生先自行推导，后倾听教师分析，做到理解题意.

独立完成后，以小组为单位进行展示.

三、课堂小结

认真总结概括本节内容，让学生把自己的体会说出来，并进行比较，分析优缺点.

认真总结概括本节内容，并把自己本节的体会记录下来，与教师的总结进行比较，并查缺补漏.

四、课后作业

1.教材问题与练习1～3.

2.完成学案自主探究.

板书设计

一、电源

1．能把自由电子从正极搬到负极的装置

2．作用：

保持导体两端的电势差（电压），使电路中有持续的电流

二、恒定电场

由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为恒定电场

三、恒定电流

1．大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流

2．电流

（1）物理意义：

表示电流的强弱程度

（2）定义：

通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流

（3）公式：

I＝

（4）单位：

安培（A），1A＝1C/s，常用单位：

毫安（mA）、微安（μA）

（5）方向：

正电荷定向移动的方向

教学反思

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.通过对电路的操作性练习来认识电流与电路的关系、电源和用电器在电路中所起的作用.本着学生是学习的主体为指导原则，在学习的过程中采用实验法、观察法、分析归纳法、练习法等，培养学生的兴趣、观察能力、分析归纳能力、电学实验习惯，提高认识电路、连接电路、画电路图的能力.

1.电流的微观表达式的推导

（1）情景设置

如图所示，粗细均匀的一段导体AD，其长度为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.

（2）理论推导

导体中的自由电荷总数：

N＝nlS；总电荷量Q＝Nq＝nlSq.所有电荷都通过横截面D所需要的时间：

t＝

，所以导体中的电流：

I＝

＝

＝nqSv.由此可知，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，以及导体的横截面积.

2.充电电池

充电电池，是充电次数有限的可充电的电池，配合充电器使用.市场上一般卖的是5号、7号的充电电池，但是也有1号充电电池.充电电池的好处是经济、环保、电量足，适合大功率、长时间使用的电器（如随身听、电动玩具等）.充电电池的电压比型号相同的一次性电池低，AA电池（5号电池）是1.2伏，9V充电电池实际上是8.4伏.现在充电次数一般能在1000次左右.

种类

镍镉（Ni－Cd）电压：

1.2V，使用寿命：

500次，放电温度：

－20度～60度，充电温度：

0～45度.

镍氢（Ni－MH）电池：

1.2V，使用寿命：

1000次，放电温度：

－10度～45度，充电温度：

10度～45度.

锂离子（Li－lon）电池：

3.6V，使用寿命：

500次，放电温度：

－20度～60度，充电温度：

0～45度.

锂聚合物电池：

3.7V，使用寿命：

500次，放电温度：

－20度～60度，充电温度：

0～45度.

备注：

锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定.

铅酸电池：

12V，使用寿命：

200～300次，放电温度：

0～45度，充电温度：

0～45度.

备注：

就是一般车用电瓶（它是以6个2V串联成12V的），免加水的电池使用寿命长达10年，但体积和容量是最大的.

3.特征

镍镉电池：

有记忆效应，容量小.

镍氢电池：

记忆效应，小容量大.

锂离子电池：

无记忆效应，身薄容量大，因电极材料不同，电动势为3.6V、3.7V两种.锂电池的性能是现有各类电池中最好的一种