高二物理人教版選修31 2.1電源和電流教案

1、5/55/55/5電源和電流重/難點(diǎn)重點(diǎn)：理解電源的形成過程及電流的產(chǎn)生。難點(diǎn)：會(huì)靈活運(yùn)用公式計(jì)算電流的大小。重/難點(diǎn)分析 重點(diǎn)分析：教材首先利用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的等勢(shì)體上電荷的分布和轉(zhuǎn)移情況 ,然后引導(dǎo)學(xué)生分析恒定電場(chǎng)形成的過程 ,并引出了電源和恒定電流的定義和物理意義。教師引導(dǎo)學(xué)生分析思考 ,這樣更能激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)物理的興趣。難點(diǎn)分析：電流的定義式： ,適用于任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。對(duì)于金屬導(dǎo)體有I=nqvS n為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù) ,S為導(dǎo)線的橫截面積 ,v為自由電子的定向移動(dòng)速率 ,約m/s ,遠(yuǎn)小于電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率m/s ,更小于電場(chǎng)的傳播速率m/s ,這個(gè)公式只

2、適用于金屬導(dǎo)體 ,千萬不要到處套用。注意：在電解液導(dǎo)電時(shí) ,是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流 ,在用公式Iqt計(jì)算電流強(qiáng)度時(shí)應(yīng)引起注意。突破策略1. 教學(xué)任務(wù)：電源的作用。師生活動(dòng)：投影下面的圖片思考與討論：分別帶正、負(fù)電荷的A、B兩個(gè)導(dǎo)體球 ,如果用一條導(dǎo)線將它們連接起來 ,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)到達(dá)什么狀態(tài)？導(dǎo)線中能否出現(xiàn)電流？這個(gè)電流有什么特點(diǎn)？結(jié)論：最終A、B兩個(gè)導(dǎo)體球會(huì)到達(dá)靜電平衡狀態(tài) ,導(dǎo)線中的電流只能是瞬時(shí)的。思維拓展：如何使電路中有持續(xù)電流？類比：如圖 ,水池A、B的水面有一定的高度差 ,假設(shè)在A、B之間用一細(xì)管連起來 ,那么水在重力的

3、作用下定向運(yùn)動(dòng) ,從水池A流動(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。思考與討論：怎樣才能使水管中有源源不斷的水流呢？結(jié)論：可在A、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。思維拓展：電源的作用與抽水機(jī)相似就是把自由電子從正極搬遷到負(fù)極的裝置 ,使得導(dǎo)體兩端保持電勢(shì)差(電壓) ,電路中就會(huì)有持續(xù)的電流。結(jié)論：電源能使電路中產(chǎn)生持續(xù)電流。2. 教學(xué)任務(wù)：導(dǎo)線中的電場(chǎng)師生活動(dòng)：問題引導(dǎo)：在有電源的電路中 ,導(dǎo)線內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度有何特點(diǎn)呢？投影(如下圖)介紹圖中各局部的意義 ,取出圖中

4、方框中的一小段導(dǎo)線及電場(chǎng)線放大后進(jìn)行研究 ,如下圖。討論與交流：導(dǎo)線中的電場(chǎng)將如何變化 ,最終又會(huì)到達(dá)怎樣的狀態(tài)？參考解釋：導(dǎo)線中的電場(chǎng)是兩局部電荷分布共同作用產(chǎn)生的結(jié)果 ,其一是電源正、負(fù)極產(chǎn)生的電場(chǎng) ,可將該電場(chǎng)分解為兩個(gè)方向：沿導(dǎo)線方向的分量使自由電子沿導(dǎo)線做定向移動(dòng) ,形成電流；垂直于導(dǎo)線方向的分量使自由電子向?qū)Ь€某一側(cè)聚集 ,從而使導(dǎo)線的兩側(cè)出現(xiàn)正、負(fù)凈電荷。其二是這些感應(yīng)電荷產(chǎn)生附加電場(chǎng) ,該電場(chǎng)將削弱電源兩極產(chǎn)生的垂直導(dǎo)線方向的電場(chǎng) ,直到使導(dǎo)線中該方向合場(chǎng)強(qiáng)為零 ,而到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持與導(dǎo)線平行 ,自由電子只會(huì)在導(dǎo)體中定向移動(dòng)。導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng) ,是由電源、導(dǎo)

5、線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 ,另外的又來補(bǔ)充 ,所以電荷的分布是穩(wěn)定的 ,電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。結(jié)論：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定電場(chǎng)稱恒定電場(chǎng)。3. 教學(xué)任務(wù)：恒定電流師生活動(dòng)：問題引導(dǎo)：在恒定電場(chǎng)中自由電荷會(huì)受到電場(chǎng)力的作用 ,而發(fā)生定向運(yùn)動(dòng) ,從而形成電流 ,恒定電場(chǎng)中的電流有何特點(diǎn)呢？參考解釋：由于恒定電場(chǎng)的作用 ,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加 ,而在運(yùn)動(dòng)過程中會(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)保持恒定。總結(jié)與歸納：恒定電場(chǎng)中的電流是恒定不變的

6、,大小方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。4. 教學(xué)任務(wù)：電流強(qiáng)弱的描述電流。師生活動(dòng)：問題引導(dǎo)：如何表示恒定電流的強(qiáng)弱呢？電流的定義：物理上把通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用的時(shí)間t的比值稱為電流。用I表示電流。電流定義式：Ieq f(q,t)。單位：國際單位：安培(A) ,1 A1 C/s。常用單位：毫安(mA)、微安(A)。電流的方向：規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向。思維拓展：(1)電流是標(biāo)量；(2)在金屬導(dǎo)體中 ,電流方向與自由電荷(電子)的定向移動(dòng)方向相反；(3)在電解液中 ,電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同 ,與負(fù)離子定向移動(dòng)方向相反。導(dǎo)電時(shí) ,電荷量q表示通過截面的正、

7、負(fù)離子電荷量絕對(duì)值之和。5. 教學(xué)任務(wù)：電流的微觀表達(dá)式。問題引導(dǎo)：在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體AD上選取兩個(gè)截面B和C ,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S ,導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n ,每個(gè)電荷的電荷量為q ,電荷的定向移動(dòng)速率為v。請(qǐng)你用以上物理量表示電流I。參考解釋：在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電荷量為：Q(vtS)nq所形成的電流為：IQ/tnqSv。例1. 有一條橫截面積的銅導(dǎo)線 ,通過的電流I1 A。銅的密度 ,銅的摩爾質(zhì)量 ,阿伏加德羅常數(shù) ,電子的電荷量。求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率。解析：設(shè)自由電子在導(dǎo)線內(nèi)定向移動(dòng)的速率是v ,取一段導(dǎo)線(如圖)導(dǎo)線左端的自由電子經(jīng)過時(shí)間t到

8、達(dá)右端 ,自由電子從它的左端定向移動(dòng)到右端所用的時(shí)間記為t ,那么這段導(dǎo)線的長度為vt ,體積為vtS ,質(zhì)量為vtS。這段導(dǎo)線中的原子數(shù)為。可以認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子奉獻(xiàn)一個(gè)自由電子(一般條件下銅可視作一價(jià)元素) ,那么這段導(dǎo)線中的自由電子數(shù)目與銅原子的數(shù)目相等 ,也等于n。由于時(shí)間t內(nèi)這些電子全部通過右端橫截面 ,因此通過橫截面的電荷量是。把這個(gè)式子代入Ieq f(q,t) ,得.從中解出代入數(shù)值后得。突破反思學(xué)生在學(xué)習(xí)了第一單元的靜電場(chǎng)后 ,對(duì)電場(chǎng)力做功、電勢(shì)、電勢(shì)能的概念已經(jīng)有了較深刻認(rèn)識(shí) ,此刻不失時(shí)機(jī)地引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)恒定電場(chǎng) ,符合學(xué)生心理特點(diǎn)。教材利用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的等勢(shì)體上電荷的分布和轉(zhuǎn)移情況 ,引導(dǎo)學(xué)生分析恒定電場(chǎng)形成的過程 ,并引出了電源和恒定電流的定義和物理意義。教師引導(dǎo)學(xué)生分析思考 ,這樣更能激發(fā)