2020高中物理 第二章 第1节 电源和电流教案 新人教版选修3-1

2020高中物理 第二章 第1节 电源和电流教案 新人教版选修3-1

第13课时 ‎ 第二章 恒定电流 第1节　　电源和电流 ‎【课前准备】‎ ‎【课型】新授课 【课时】1课时 ‎【教学三维目标】‎ ‎（一）知识与技能 ‎1．让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立 ‎2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流 ‎3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系 ‎（二）过程与方法 通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解.‎ ‎（三）情感态度与价值观 通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题 ‎【教学重点难点】‎ 重点：理解电源的形成过程及电流的产生 难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念 ‎【教学方法】理论、类比探究、讨论分析 ‎【教学过程】‎ ‎【引入】‎ 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？‎ ‎【展示】‎ ‎ ‎ ‎【问题】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？‎ ‎1 电源和电流 ‎【过渡】马路上的行人和车辆向一定方向运动，形成“人流”和“车流”，自来水管中的水向一定方向流动就形成“水流”，与此相类似，导体中的电荷向一定方向移动就形成了电流。电流的方向是怎样规定的？怎样判断电流的存在？怎样比较电流的强弱？‎ 一、电源 ‎【展示】‎ 自由电子的定向运动使两个带电体成为等势体 ‎【提问】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？‎ ‎【回答】A、B周围的电场、A、B之间的电势差的变化，最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态.导线R中的电流只能是瞬时的.‎ ‎【展示】‎ ‎-‎ ‎-‎ ‎-‎ ‎+‎ A ‎+‎ ‎+‎ ‎+‎ ‎+‎ ‎+‎ ‎+‎ ‎+‎ ‎_‎ ‎_‎ ‎_‎ B ‎_‎ ‎_‎ ‎_‎ ‎_‎ ‎_‎ P ‎-‎ ‎-‎ ‎【提问】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？‎ ‎【回答】由于p的作用AB之间便维持着一定的电势差，自由电子就能不断的由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流.能把电子从A搬运到B的装置P就是电源.‎ ‎【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？‎ ‎【点拨】 电场力做正功，导体中自由电子从电势低的一端移向电势高处,电势能减小; 电源P在把电子从A搬运到B, AB之间便维持着一定的电势差.‎ 二、恒定电流 ‎【过渡】在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点呢？‎ ‎【展示】‎ 用导线与电源两极相连，取出图中方框中的一小段导线及电场线，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.电源的电场恒定不变，导线中达到静电平衡，导线内形成沿导线切线方向的恒定电场.电源电场和导线两侧的电荷得电场共同叠加的结果.‎ ‎【总结】有稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场.‎ ‎【归纳】电荷的“稳定分布”是一个动态平衡的过程，不是静止不变的.‎ ‎【提问】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？‎ ‎【回答】恒定电场的基本特征与静电场相同，静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中还适用.‎ ‎【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？‎ ‎【归纳】由于恒定电场的作用，自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化，我们把大小、方向不随时间变化的电流称为恒定电流.‎ ‎【解说】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.‎ ‎【提问】电流的定义式是什么？‎ ‎【回答】‎ ‎【提问】电流的单位有哪些？它们之间的关系是什么？‎ ‎【回答】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： 1 mA=10-3A； 1μA=10-6A 性质：电流是标量 ‎【提问】电流是电荷定向移动形成的，电荷有正负电荷两种，人为规定电流有方向，电流方向怎么规定呢？‎ ‎【回答】正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动方向与电流方向相反 ‎【提问】1A的物理意义是什么？‎ ‎【回答】如果在1 s内通过导体横截面的电荷量是1 C，导体中的电流就是1 A.即1A=1 C/s ‎【拓展】电流的种类 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流.‎ 直流电：方向不随时间而改变的电流.‎ ‎【推导】一段导体，其横截面面积为S，长度为L，其中单位体积的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，自由电荷的定向移动速度为v。那么，电荷移动形成的电流是多少呢？‎ 可算出这段导体内的自由电荷全部定向通过该导体的时间；可推出 ‎ ‎【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=6.62× 1023mol-1，电子的电量e=1.6×10-19C(假设每个铜原子只提供一个电子参与导电）。求铜导线中自由电子定向移动的速率 ‎【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v 去一段导线（如图所示），自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为t,则这段导线的的长度为vt , 体积为vtS , 质量为ρvtS. 这段导线中的原子数为 由于铜导线中每个铜原子贡献一个自由电子，所以这段铜导线中的自由电子数目与铜原子的数目相同，也等于n.‎ 因为时间t内这些电子全部通过右端横截面，因此通过横截面的的电荷量是 把这个式子代入，得 解得 代入数值后得 V = 7.5×10‎-5m/s ‎【互动】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？‎ ‎【点拨】电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为10-2— 10-3m的数量级，电子定向移动的速率约10 -5 m/s，‎ 电流传导速率等于光速，为3×10 ‎8 m/s，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流.‎ ‎【课时小结】‎ 通过本节课的学习，我们知道了电源和电源的作用，即：电源之间便维持着一定的电势差 ，恒定电场，恒定电流，以及电流的定义：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：I=，和此公式的实际应用.‎ ‎【布置作业】‎ 课本P43，问题与练习1,2,3‎ ‎【板书设计】‎ ‎1 电源和电流 一、电源：使电路中保持连续的电流，能把电子从A搬运到B的装置P就是电源。‎ 二、恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。‎ 三、恒定电流：恒定电场中的电流是恒定不变的，称为恒定电流 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：I=‎ 单位：安培（A）毫安（mA）和微安（μA）。‎ 它们之间的关系 1mA=10-3A； 1μA=10-6A ‎1A的物理意义:如果在1 s内通过导体横截面的电荷量是‎1 C，导体中的电流就是‎1 A.即‎1A=‎1 C/s