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课题

电源和电流

教学内容分析

本节是第11章第1节，是在初中物理电学知识和前面两章学习的基础上，由电场向电路过渡的一节，也是高中电路部分的基础一节。内容上既对以往学生学过的电学知识进行了回顾，又从电场的角度进行了更深层次的解释。难度上，教材的内容安排从现象到本质，从定性到定量，层层递进，难度上由浅入深，便于学生学习和领会，并灵活应用已有的知识。

学情分析

通过初中课程的学习，学生已对电路有了初步的认识。通过前两章的学习，学生也已经初步掌握了电学的相关知识。在本节的学习中，学生就要运用电场知识来对电路进行更加深入的分析和理解。由于对知识的迁移和灵活运用水平不足，在本节的教学中，教师要通过提示和引导，启发学生从“场”的角度理解“路”，从微观的角度了解电流产生的原因和计算，为后续的学习打下基础。

教学目标

1、通过实例对比，引导学生思考持续电流形成的原因，了解电源的作用，认识常见的电源。

2、通过对比静电平衡条件，引导学生思考电路中的电场特点和电荷运动情况，了解导体中的恒定电场和恒定电流。

3、通过实例分析，理解电流的定义，知道电流的单位。

教学

重难点

教学重点：

恒定电流的产生及定义式中q的理解。

教学难点：

恒定电流的产生及定义式中q的理解。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

新课导入

【提问】电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，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？

联系初中学过的电学知识，从生活中的现象出发进行思考。

在初中电学部分学习的基础上，结合学生的生活经验，提出问题。

环节一

电源

【提问】在如图所示场景中，当导体两端存在电压时，会出现什么现象？

【提问】随着电荷的定向移动，导体两端的电势差逐渐减小，最终会呈现什么样的状态？

【提问】怎么才能让电路中有持续电流呢？

【类比】如图，利用抽水机保持两侧容器中的水位差，可以使得两容器间存在稳定的水流。

【讲述】电源是能把自由电子从正极搬到负极的装置。其作用是保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流。

即，电源相当于抽水机。

【讲述】电源中电势高的一极是正极，电势低的一极是负极。

生活中常见的电源：

结合电场部分学习的知识思考并回答：

当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。

进一步思考并回答：

自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线中会产生一个瞬时电流。

观察进行类比的水槽实例，思考并回答：

利用电源保持导体两端始终存在稳定的电势差。

理解电源的作用。

结合电场部分知识进行理解。

结合生活经验观察。

设置情景，提出问题，引导学生在前面两章学习的基础上进行思考。

由对一个状态的分析引申到对一个动态过程的分析，引导学生根据情境中各物理量的变化加以分析和判断。

通过类比引出电源的作用，让学生在以往电学知识的基础上进一步认识电源的作用。

环节二

恒定电场

【提问】电源是如何做到让导线电流持续的呢？

【提问】导体中的自由电荷为什么会定向移动？

【讲述】如图所示，当导体两端存在电势差时，导线内会很快形成沿导线方向的稳定电场。

【讲述】导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，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——恒定电场。

【讲述】任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同。

【讲述】在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场。

在对电源作用的了解的基础上进行思考。

结合初中及前两章所学进行思考。

在对上述情景进行思考和分析的基础上理解恒定电场的概念。

在电源作用的基础上进一步提出问题，引发学生的思考，引导学生利用前两章所学内容进行更深入的分析。

环节三

恒定电流

【提问】在恒定电场的作用下,导体中自由电荷会做什么样的运动？

【提问】自由电荷会在导体中一直加速吗？

→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。

【讲述】恒定电流是指大小、方向都不随时间变化的电流。

【讲述】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。

电流是表示电流的强弱程度的物理量。

定义式：（适用于任何电荷定向移动形成的电流）

国际单位：安培（A），1A＝1C/s

常用单位：毫安（mA）、微安（μA）

1A＝10³mA＝10⁶μA

【提问】电流的方向是怎样规定的？

【提问】金属中、电解液中的电流方向有何特点？

→此时的电流大小：

【讲述】电流强度虽然有大小和方向，是标量。

【讲述】电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量，通常以"安时"（A·h）或"毫安时"（mA·h）作单位。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组。

思考并回答：

加速运动。

结合以往所学的知识思考并回答：

不会一直加速，会有一个稳定状态。

在以往所学电学知识的基础上理解。

思考并理解。

在电流定义的基础上写出电流的定义式。

结合初中的电学知识思考并回答：

规定正电荷定向移动的方向为电流方向。在电源外部,电流从正极流向负极；电源的内部,电流从负极流向正极。

思考并回答：

金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。

电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。

思考、理解。

结合生活经验加以了解。

在得到恒定电场概念后，进一步对恒定电流进行介绍，深化学生对初中所学电流概念的理解。

介绍电流的概念，为后续的学习做铺垫。

强调电流的标矢性，解决学生由生活经验引发的与所学内容的冲突。

结合生活概念介绍关于电源的常见参数。

环节四

拓展学习

【例】在以下情境中，求通过导线的电流大小。

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N_A＝6.02×10²³mol^-1,电子的电量e＝-1.6×10^-19C,求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。

【推导】一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。

则导体中的自由电荷数为：

则总电荷量：

所有这些电荷通过横截面所需要的时间：

故导体AB中的电流：

【解】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则这段导线中的原子数为

则这段导线中的自由电子数也为n，

t时间内通过导体横截面的电荷量:

把这个式子代入I=q/t,得

∴

【讲述】电子定向移动的速率约10^-5m/s，电场的传播速率3×10⁸m/s，电子热运动的平均速率10⁵m/s。

【提问】既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？

【随堂练习】

审题并思考。

在教师引导下进行思考并推导电流的微观表达式。

在电流微观表达式的基础上分析本题。

理解认知。

思考并回答：

闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。

练习巩固本节知识点。

设置情景，引导学生从微观角度分析电流的形成，一方面能推导出电流的微观表达式，另一方面也能引导学生联系从微观角度分析问题。

通过介绍一些数据，引导学生对电路中形成电场使自由电荷定向移动有更明确的认识。

课堂总结

一、电源的作用

二、恒定电场、恒定电流：电流的定义、定义式、单位及换算、方向、标矢性。

三、电流的微观表达式

板书设计

§11.1电源和电流

1、电源：保持导体两端的电势差(电压)

2、恒定电场

3、恒定电流：

①电流的定义：通过导体横截面的电荷量跟所用时间的比值。

②定义式：

③单位：安培（A），毫安（mA）、微安（μA）

换算：1A＝1C/s，1A＝10³mA＝10⁶μA

④方向：正电荷定向移动的方向。

4、电流的微观表达式：

作业设计

1、梳理本节知识点。

2、教材P56“练习与应用”。

教学反思与评价