2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第1節(jié) 電源和電流 教案1.doc
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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第1節(jié) 電源和電流 教案1 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.讓學(xué)生明確電源在直流電路中的作用,理解導(dǎo)線(xiàn)中的恒定電場(chǎng)的建立; 2.知道恒定電流的概念和描述電流強(qiáng)弱程度的物理量──電流; 3.從微觀(guān)意義上看電流的強(qiáng)弱與自由電子平均速率的關(guān)系。 過(guò)程與方法 1.通過(guò)類(lèi)比和分析使學(xué)生對(duì)電源的的概念、導(dǎo)線(xiàn)中的電場(chǎng)和恒定電流等方面的理解。 2.在理解恒定電流的基礎(chǔ)上,會(huì)靈活運(yùn)用公式計(jì)算電流的大小。 情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān) 通過(guò)對(duì)電源、電流的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于生活生產(chǎn)實(shí)踐的意識(shí),勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問(wèn)題。 教學(xué)重點(diǎn) 1.理解電源的形成過(guò)程及電流的產(chǎn)生。 2.會(huì)靈活運(yùn)用公式計(jì)算電流的大小。 教學(xué)難點(diǎn) 電源作用的道理,區(qū)分電子定向移動(dòng)的速率和在導(dǎo)線(xiàn)中建立電場(chǎng)的速率這兩個(gè)不同的概念。 教學(xué)方法 探究、講授、討論、練習(xí)。 教具準(zhǔn)備 多媒體課件及設(shè)備。 教學(xué)過(guò)程 [新課導(dǎo)入] 人類(lèi)通過(guò)對(duì)靜電場(chǎng)的研究不僅獲得了許多關(guān)于電現(xiàn)象的知識(shí),而且形成了若干重要的電學(xué)概念和研究方法,成為電學(xué)理論的重要基礎(chǔ)。 無(wú)論在自然界還是生產(chǎn)和生活領(lǐng)域,更廣泛存在著的是電荷流動(dòng)所引起的效應(yīng)。那么,電荷為什么會(huì)流動(dòng)?電荷流動(dòng)服從什么規(guī)律,產(chǎn)生哪些效應(yīng)?這些效應(yīng)對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)、生活方式和社會(huì)進(jìn)步又起著怎樣的作用呢? 這節(jié)課就來(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)電源和電流的知識(shí)。(板書(shū)課題:電源和電流) [新課教學(xué)] 為什么雷鳴電閃時(shí),強(qiáng)大的電流能使天空發(fā)出耀眼的強(qiáng)光,但它只能存在于一瞬間,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光? 通過(guò)現(xiàn)象對(duì)比,激發(fā)學(xué)生的求知欲。調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。 要回答這個(gè)問(wèn)題,就要從電源的知識(shí)學(xué)起。 一、電源 如圖所示,有A、B兩個(gè)導(dǎo)體,分別帶正、負(fù)電荷。從上一章的內(nèi)容可以知道,它們的周?chē)嬖谥妶?chǎng)。如果在它們之間連接一條導(dǎo)線(xiàn)R,分析A、B周?chē)碾妶?chǎng)、A、B之間的電勢(shì)差會(huì)發(fā)生什么變化?最后,A、B兩個(gè)導(dǎo)體球會(huì)達(dá)到什么狀態(tài)?R中出現(xiàn)了怎樣的電流? 學(xué)生活動(dòng):在教師的引導(dǎo)下,分析A、B周?chē)碾妶?chǎng)、A、B之間的電勢(shì)差的變化情況。認(rèn)識(shí)到,最終A、B兩個(gè)導(dǎo)體球會(huì)達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。理解導(dǎo)線(xiàn)R中的電流只能是瞬時(shí)的。 如圖所示,如果在A(yíng)B之間接上一個(gè)裝置P,它能把經(jīng)過(guò)R流到A的電子取走,補(bǔ)充給B,使AB始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷,情況會(huì)怎樣呢? 引導(dǎo)學(xué)生討論、解釋可能會(huì)產(chǎn)生的現(xiàn)象。培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生的思維能力。通過(guò)學(xué)生回答,發(fā)表見(jiàn)解,培養(yǎng)學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)能力。 師生互動(dòng),建立起電源的概念。 類(lèi)比:(把電源的作用與抽水機(jī)進(jìn)行類(lèi)比)如右圖,水池A、B的水面有一定的高度差,若在A(yíng)、B之間用一細(xì)管連起來(lái),則水在重力的作用下定向運(yùn)動(dòng),從水池A運(yùn)動(dòng)到水池B。A、B之間的高度差很快消失,在這種情況下,水管中只可能有一個(gè)瞬時(shí)水流。 怎攔才能使水管中有源源不斷的電流呢? 可在A(yíng)、B之間連接一臺(tái)抽水機(jī),將水池B中的水抽到水池A中,這樣可保持A、B之間的高度差,從而使水管中有源源不斷的水流。 由于裝置P能源源不斷地把經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)R流到A的電子取走,補(bǔ)充給B,使A、B始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷,這樣,A、B周?chē)目臻g(包括導(dǎo)線(xiàn)之中)始終存在一定的電場(chǎng),A、B之間便維持一定的電勢(shì)差。由于這個(gè)電場(chǎng),導(dǎo)線(xiàn)中的自由電子就能不斷地在靜電力作用下由B經(jīng)過(guò)R向A定向移動(dòng),使電路中保持持續(xù)的電流。 電源是能把電子經(jīng)內(nèi)部從正極搬遷到負(fù)極的裝置。 從形成電流的角度看,電源是提供并保持一定電勢(shì)差裝置。 【思考與討論】 電源P在把電子從A搬運(yùn)到B的過(guò)程中,電子的電勢(shì)能如何變化?電源發(fā)揮了怎樣的作用? 二、恒定電場(chǎng) 在有電源的電路中,導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度有何特點(diǎn)呢? 如圖(左)所示,介紹圖中各部分的意義,取出圖中方框中的一小段導(dǎo)線(xiàn)及電場(chǎng)線(xiàn)放大后進(jìn)行研究,如圖(右)所示。 引導(dǎo)學(xué)生討論導(dǎo)線(xiàn)中的電場(chǎng)將如何變化,最終又會(huì)達(dá)到怎樣的狀態(tài)。要把思維的過(guò)程展現(xiàn)給學(xué)生。 引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用微元法和矢量疊加的方法,探究導(dǎo)線(xiàn)中電場(chǎng)的變化情況,分析出最終導(dǎo)線(xiàn)兩側(cè)積累的電荷將達(dá)到平衡狀態(tài),垂直于導(dǎo)線(xiàn)方向上電場(chǎng)的分量將減為零,導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)的電場(chǎng)線(xiàn)保持和導(dǎo)線(xiàn)平行。這里一定要強(qiáng)調(diào),這是電源電場(chǎng)和導(dǎo)線(xiàn)兩側(cè)的電荷得電場(chǎng)共同疊加的結(jié)果。 導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)的電場(chǎng),是由電源、導(dǎo)線(xiàn)等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng),但有的流走了,另外的又來(lái)補(bǔ)充,所以電荷的分布是穩(wěn)定的,電場(chǎng)的分布也不會(huì)隨時(shí)間變化。 通過(guò)師生分析,建立起恒定電場(chǎng)的概念。引導(dǎo)學(xué)生理解電荷的“穩(wěn)定分布”是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程,不是靜止不變的。 1.恒定電場(chǎng) 由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng),稱(chēng)為恒定電場(chǎng)。 2.恒定電場(chǎng)的性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同 【思考與討論】 在靜電場(chǎng)中所學(xué)的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系等,在恒定電場(chǎng)中還是否適用呢? 由于在恒定電場(chǎng)中,任何位置的電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化,所以它的基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系等,在恒定電場(chǎng)中同樣適用。 三、恒定電流 1.電流 【思考與討論】 ①同學(xué)們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò),電流是如何形成的? 自由電荷的定向移動(dòng)形成電流。 ②形成電流的內(nèi)部條件是什么? 形成電流的內(nèi)部條件是導(dǎo)體內(nèi)部存在能夠自由移動(dòng)的電荷,即自由電荷。 ③金屬導(dǎo)體中的自由電荷是什么?電解質(zhì)溶液中的自由電荷是什么?這些自由電荷的定向移動(dòng)是否都能形成電流? 金屬導(dǎo)體中的自由電荷是自由電子,電解質(zhì)溶液中的自由電荷是正、負(fù)離子,這些自由電荷的定向移動(dòng)都能形成電流。 ④導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的外部條件是什么? 導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的外部條件是導(dǎo)體兩端有電壓。 為什么導(dǎo)體兩端有電壓,導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流呢?下面我們用電場(chǎng)的觀(guān)點(diǎn)加以分析。 (1)概念 電荷的定向移動(dòng)形成電流。 (2)產(chǎn)生電流的條件 分析:在通常情況下,導(dǎo)體中沒(méi)有外加的電場(chǎng),導(dǎo)體中大量的自由電荷就像氣體中的分子一樣,不停地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),自由電荷向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相等,因而對(duì)導(dǎo)體的任一橫截面,在一段時(shí)間內(nèi)從兩側(cè)穿過(guò)截面的自由電荷大致相等,從宏觀(guān)上看,導(dǎo)體中的自由電荷沒(méi)有定向移動(dòng),所以導(dǎo)體中沒(méi)有電流。 當(dāng)金屬導(dǎo)體兩端有電壓時(shí),導(dǎo)體中就有電場(chǎng)存在。導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下,逆著電場(chǎng)線(xiàn)的方向發(fā)生定向移動(dòng),形成電流。 當(dāng)電解質(zhì)溶液兩端有電壓時(shí),溶液中就有電場(chǎng)存在,溶液中的正離子在電場(chǎng)力的作用下,由高電勢(shì)處向低電勢(shì)處定向移動(dòng);溶液中的負(fù)離子在電場(chǎng)力的作用下,由低電勢(shì)處向高電勢(shì)處定向移動(dòng),形成電流。 總結(jié):導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的外部條件是導(dǎo)體兩端有電壓(或者是導(dǎo)體中有電場(chǎng))。 ①內(nèi)因:要有能夠自由移動(dòng)的電荷──自由電荷。 ②外因:導(dǎo)體兩端存在電壓──在導(dǎo)體內(nèi)建立電場(chǎng)。 干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)等都是電源,它們的作用是提供并保持導(dǎo)體的兩端的電壓,使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流。 (3)電流的方向 導(dǎo)體中的電流可以是正電荷的定向移動(dòng),也可以是負(fù)電荷的定向移動(dòng),還可以是正、負(fù)電荷沿相反方向的運(yùn)動(dòng)。 正電荷的定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较颉? 在金屬導(dǎo)體中,電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。在電解質(zhì)溶液中,電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向相同,與負(fù)離子定向移動(dòng)的方向相反。 (4)電流 電流不僅有方向,而且有強(qiáng)弱,電流的強(qiáng)弱用電流這個(gè)物理量來(lái)表示。 ①定義 電流越大,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多。 通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過(guò)這些電荷量所用的時(shí)間t的比值稱(chēng)為電流。 ②公式 用I表示電流,則有 I=(量度式) 在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量為 q=It ③單位 在國(guó)際單位制中,電流的單位是安培,簡(jiǎn)稱(chēng)安,符號(hào)是A。 在國(guó)際單位制中,電流的單位安培是基本單位,它是這樣定義的:放在真空中的兩條無(wú)限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線(xiàn),通以等量的恒定電流,若兩導(dǎo)線(xiàn)相距1m,導(dǎo)線(xiàn)間相互作用力在每米長(zhǎng)度上為210-7 N,則每條導(dǎo)線(xiàn)中的電流為1A。 如果在1s內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量是1C,導(dǎo)體中的電流就是1A。即 1A=1C/s 在國(guó)際單位制中,電荷量的單位是導(dǎo)出單位。它是根據(jù)公式q=It確定的:1C=1As 電流的常用單位還有毫安(mA)和微安(μA),它們之間的關(guān)系是: 1 mA=10-3A 1μA=10-6A ④測(cè)量?jī)x器 在實(shí)際中,測(cè)量電流的儀器是電流表。 2.直流與恒定電流 由于恒定電場(chǎng)的作用,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速度增加;而運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。如果我們?cè)谶@個(gè)電路中串聯(lián)一個(gè)電流表,電流表的讀數(shù)將保持恒定。 (1)直流 方向不隨時(shí)間而改變的電流叫做直流。 (2)恒定電流 大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為恒定電流。 通常所說(shuō)的直流常常是指恒定電流。這一章我們研究恒定電流。 3.電流的微觀(guān)表達(dá)式 一條粗細(xì)均勻,橫截面積為S的導(dǎo)體中,每個(gè)自由電荷的電荷量為q,定向移動(dòng)速率的平均速率為v,導(dǎo)體材料中單位體積內(nèi)所含的自由電荷數(shù)為n。則t時(shí)間內(nèi)能通過(guò)導(dǎo)體截面S的自由電荷分布在以S為底,vt為長(zhǎng)的這部分導(dǎo)體中,這部分導(dǎo)體的體積為 V=Svt 這部分導(dǎo)體中的自由電荷數(shù)為 N=nV 因此,t時(shí)間內(nèi)能通過(guò)截面S的電荷量為 Q=qN 根據(jù)電流的定義,導(dǎo)體中的電流為 I==qnvS 故電流的微觀(guān)表達(dá)式為 I=qnvS 引導(dǎo)學(xué)生分析例題,構(gòu)建物理模型,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。 [小結(jié)] 通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí),了解了電源及其在電路中的作用。了解了恒定電場(chǎng)及其特點(diǎn)。在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步學(xué)習(xí)了電流的概念、形成條件、方向規(guī)定、定義公式和微觀(guān)表達(dá)式等,明確了直流和恒定電流的概念等,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電路知識(shí)做準(zhǔn)備。 [布置作業(yè)] 教材第43頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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