2020高中物理 第二章 第1節(jié) 電源和電流教案 新人教版選修3-1

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1、第13課時 第二章 恒定電流 第1節(jié)　　電源和電流 【課前準備】 【課型】新授課 【課時】1課時 【教學(xué)三維目標】 （一）知識與技能 1．讓學(xué)生明確電源在直流電路中的作用，理解導(dǎo)線中的恒定電場的建立 2．知道恒定電流的概念和描述電流強弱程度的物理量---電流 3．從微觀意義上看電流的強弱與自由電子平均速率的關(guān)系 （二）過程與方法 通過類比和分析使學(xué)生對電源的的概念、導(dǎo)線中的電場和恒定電流等方面的理解. （三）情感態(tài)度與價值觀 通過對電源、電流的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生將物理知識應(yīng)用

2、于生活的生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問題 【教學(xué)重點難點】 重點：理解電源的形成過程及電流的產(chǎn)生 難點：電源作用的道理，區(qū)分電子定向移動的速率和在導(dǎo)線中建立電場的速率這兩個不同的概念 【教學(xué)方法】理論、類比探究、討論分析 【教學(xué)過程】 【引入】人類通過對靜電場的研究不僅獲得了許多關(guān)于電現(xiàn)象的知識，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)。但是，無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所引起的效應(yīng)。那么，電荷為什么會流動？電荷流動服從什么規(guī)律，產(chǎn)生哪些效應(yīng)？這些效應(yīng)對人類的生產(chǎn)、生活方式和社會進步又起著怎樣的作用呢？ 【展示】

3、 【問題】為什么雷鳴電閃時，強大的電流能使天空發(fā)出耀眼的強光，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？ 1 電源和電流 【過渡】馬路上的行人和車輛向一定方向運動，形成“人流”和“車流”，自來水管中的水向一定方向流動就形成“水流”，與此相類似，導(dǎo)體中的電荷向一定方向移動就形成了電流。電流的方向是怎樣規(guī)定的？怎樣判斷電流的存在？怎樣比較電流的強弱？ 一、電源 【展示】 自由電子的定向運動使兩個帶電體成為等勢體 【提問】分別帶正、負電荷的A、B兩個導(dǎo)體球，它們的周圍存在電場。如果用一條導(dǎo)線R將它們連接起來，分析A、B周圍的電場、A、B之間的電勢差會發(fā)生什么變化

4、？最后，A、B兩個導(dǎo)體球會達到什么狀態(tài)？R中出現(xiàn)了怎樣的電流？ 【回答】A、B周圍的電場、A、B之間的電勢差的變化，最終A、B兩個導(dǎo)體球會達到靜電平衡狀態(tài).導(dǎo)線R中的電流只能是瞬時的. 【展示】 - - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - 【提問】如果在AB之間接上一個裝置P，它能把經(jīng)過R流到A的電子取走，補充給B，使AB始終保持一定數(shù)量的正、負電荷，情況會怎樣呢？ 【回答】由于p的作用AB之間便維持著一定的電勢差，自由電子就能不斷的由B經(jīng)過R向A定向移動，使電路中保持持續(xù)的電流.能

5、把電子從A搬運到B的裝置P就是電源. 【思考】 電源P在把電子從A搬運到B的過程中，電子的電勢能如何變化？電源發(fā)揮了怎樣的作用？ 【點撥】 電場力做正功，導(dǎo)體中自由電子從電勢低的一端移向電勢高處,電勢能減小; 電源P在把電子從A搬運到B, AB之間便維持著一定的電勢差. 二、恒定電流 【過渡】在有電源的電路中，導(dǎo)線內(nèi)部的電場強度有何特點呢？ 【展示】 用導(dǎo)線與電源兩極相連，取出圖中方框中的一小段導(dǎo)線及電場線，導(dǎo)線兩側(cè)積累的電荷將達到平衡狀態(tài)，垂直于導(dǎo)線方向上電場的分量將減為零，導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行.電源的電場恒定不變，導(dǎo)線中達到靜電平衡，導(dǎo)線內(nèi)形成沿導(dǎo)線切線方向的恒定電

6、場.電源電場和導(dǎo)線兩側(cè)的電荷得電場共同疊加的結(jié)果. 【總結(jié)】有穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為恒定電場. 【歸納】電荷的“穩(wěn)定分布”是一個動態(tài)平衡的過程，不是靜止不變的. 【提問】在靜電場中所學(xué)的電勢、電勢差及其與電場強度的關(guān)系等，在恒定電場中還是否適用呢？ 【回答】恒定電場的基本特征與靜電場相同，靜電場中所學(xué)的電勢、電勢差及其與電場強度的關(guān)系等，在恒定電場中還適用. 【過渡】在恒定電場中自由電荷會受到電場力的作用，而發(fā)生定向運動，從而形成電流，恒定電場中的電流有何特點，又如何描述呢？ 【歸納】由于恒定電場的作用，自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化，我們把大小、方向不隨時

7、間變化的電流稱為恒定電流. 【解說】電流的強弱就用電流這個物理量來描述。 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間t的比值稱為電流.用I表示電流. 【提問】電流的定義式是什么？ 【回答】 【提問】電流的單位有哪些？它們之間的關(guān)系是什么？ 【回答】在國際單位制中，電流的單位是安培，簡稱安，符號是A. 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 性質(zhì)：電流是標量 【提問】電流是電荷定向移動形成的，電荷有正負電荷兩種，人為規(guī)定電流有方向，電流方向怎么規(guī)定呢？ 【

8、回答】正電荷定向移動的方向為電流方向，負電荷定向移動方向與電流方向相反 【提問】1A的物理意義是什么？ 【回答】如果在1 s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是1 C，導(dǎo)體中的電流就是1 A.即1A=1 C/s 【拓展】電流的種類 交流電：方向和大小都隨時間做周期變化的電流. 直流電：方向不隨時間而改變的電流. 【推導(dǎo)】一段導(dǎo)體，其橫截面面積為S，長度為L，其中單位體積的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，自由電荷的定向移動速度為v。那么，電荷移動形成的電流是多少呢？ 可算出這段導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷全部定向通過該導(dǎo)體的時間；可推出 【例題】有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)

9、線，通過的電流I=1A。已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.62× 1023mol-1，電子的電量e=1.6×10-19C(假設(shè)每個銅原子只提供一個電子參與導(dǎo)電）。求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率 【解析】設(shè)自由電子在導(dǎo)線內(nèi)定向移動的速率是v 去一段導(dǎo)線（如圖所示），自由電子從它的左端定向移動到右端所用的時間記為t,則這段導(dǎo)線的的長度為vt , 體積為vtS , 質(zhì)量為ρvtS. 這段導(dǎo)線中的原子數(shù)為 由于銅導(dǎo)線中每個銅原子貢獻一個自由電子，所以這段銅導(dǎo)線中的自由電子數(shù)目與銅原子的數(shù)目相同，也等于n.

10、因為時間t內(nèi)這些電子全部通過右端橫截面，因此通過橫截面的的電荷量是 把這個式子代入，得 解得 代入數(shù)值后得 V = 7.5×10-5m/s 【互動】如果認為電子的定向運動速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗是否相符？怎樣解釋？ 【點撥】電子定向移動速率，其大小與電流有關(guān)，一般每秒為10-2— 10-3m的數(shù)量級，電子定向移動的速率約10 -5 m/s， 電流傳導(dǎo)速率等于光速，為3×10 8 m/s，電路一接通，導(dǎo)體中的電子立即受到電場力作用而定向移動形成電流. 【課時小結(jié)】 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了電源和電源的作用，即：電源之間便維持著一定的電勢差 ，恒

11、定電場，恒定電流，以及電流的定義：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間t的比值稱為電流。用I表示電流，電流的定義式：I=，和此公式的實際應(yīng)用. 【布置作業(yè)】 課本P43，問題與練習(xí)1,2,3 【板書設(shè)計】 1 電源和電流 一、電源：使電路中保持連續(xù)的電流，能把電子從A搬運到B的裝置P就是電源。 二、恒定電場：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為恒定電場。 三、恒定電流：恒定電場中的電流是恒定不變的，稱為恒定電流 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間t的比值稱為電流。用I表示電流。 電流的定義式：I= 單位：安培（A）毫安（mA）和微安（μA）。 它們之間的關(guān)系 1mA=10-3A； 1μA=10-6A 1A的物理意義:如果在1 s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是1 C，導(dǎo)體中的電流就是1 A.即1A=1 C/s