高中物理人教版 (2019)必修 第三册电源和电流教案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册电源和电流教案，共8页。教案主要包含了课标要求与解读，核心素养，教学重难点，教学方法，教学准备，课时安排，教学过程，教学反思等内容，欢迎下载使用。

课题：《电源和电流》教学设计
一、课标要求与解读
【课标要求】
了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。
【课标解读】
1.了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场，初步体会动态平衡的思想．
2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定;理解恒定电流。
3.经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。
二、核心素养
物理观念：通过学习恒定电场和恒定电流，初步建立动态平衡的物理观念。
科学思维：通过“场”和“路”的知识相联系，培养学生不断运用学到的知识分析、解决实际问题的意识和能力
科学探究：探究金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程。
科学态度与责任：通过对电源、电流的学习，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。
三、教学重难点
恒定电流与恒定电场的关系，电流的三种表达式。
四、教学方法
演示、讲授、讨论、谈话、练习
五、教学准备
多媒体课件、手电筒、电容器充放电演示器
六、课时安排
1 课时
七、教学过程
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
同学们，上课之前请大家看先两个演示实验：一个是上一章的电容器放电实验，请注意演示仪上
LED 灯亮度的变化、两电表读数的变化。另一个是手电筒中的小灯泡发光。两种情况下电流各有什么特点呢？
学生思考后回答：第一种是短暂性电流，第二种是持续性的电流。那问题是如何形成电流呢？特别是如何形成持续性的电流呢？通过本节课的学
习就能明白其中的道理了。
简要回顾初中关于电流的知识，特别注重两点：
1. 电荷的定向移动形成电流，
2. 无规则的热运动不会形成电流。
对比实验，引起学生认知冲突。
思考问题
通过演示实验引入本节课题
讲授新课
一、电源
思考 1：如图所示分别带正、负电荷的 A 、B两个导体球，如果用一条导线 H 将它们连接起来会发生什么现象？
导线 H 中的自由电子在静电力的作用下沿导线做定向运动，形成电流。
总结：形成电流的条件：
1.导体中有自由移动的电荷，
2.导体两端有电势差（产生电场）。
思考 2：导线 H 中的电流能够持续吗？请解释原因。
导线 H 中的自由电子由 B 向 A 移动，B 失去电子，A 得到电子，A、B 之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡，以后自由电子不再移动，所以导线 H 中的电流只是瞬间的，不能持续。
设置问题引导学生思考
思考 3：如何才能使导线 H 中存在持续的电流呢？
装置 P
如果在 A、B 之间连接一个装置 P 它能在 B 失去电子的过程中，不断地从 A 取走电子，补充给 B，使 A、B 始终带一定数量的正、负电荷。这样，A、B之间始终存在电势差，H 内就会存在持续的电流。
1 ．电源定义：能把电子从 A 搬运到 B 的装置。装置 P 就是电源。
A 、B 就是电源的正负两个极。
引导学生类比“水容器”
锻炼学生的自主学习能力，了解产生持续电流的条件，掌握电源的定义以及作用
2.电源的作用：保持导体两端的电势差（电压），使电路有持续的电流。
总结：持续性电流的条件：
存在自由电荷、电源且电路闭合
课堂练习：
现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品都需要配备各式各样的电源。关于电源以下说法正确的是(B)
A. 电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B. 电源的作用就是将其他形式的能转化为电能
C. 只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D. 电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供
能量
二、恒定电场
抛出问题：既然自由电荷的定向移动形成电流，那么又是什么驱动自由电荷做定向移动呢？
学生联想到电场。
问题：换言之，电流与相应的电场之间应存在一定的关系。对于必修三考虑的大小和方向不随时间变化的电流，其相应的电场又有什么特点呢?
学生猜想：电场不随时间变化。
为此我们就需要首先了解恒定电场的特点，然后才能构建模型加以论证。
通过上述几个图，引导学生认识到导体中的自由电子在电源正负极形成的静电场中将会受到静电力，它可分解成沿着导体（导线）方向和垂直导体方向的两个分力，后一分力将导致在导体的侧面积聚起电荷。故合场强应是 E0 与感生电场 E ′的叠加，稳定时将形成沿导线方向的稳定电场。
通过讲解，让
学生理解稳定
电场的源，不
仅有电源，还
包括导体、导
线等电路元
件。并由此认
识到稳定电场
沿导体方向。
定义：电荷和电场的分布不随时间变化，即这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。
恒定电场的特点：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；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。
问题：恒定电场是否产生大小、方向都不随时间变化的恒定电流呢？
三、恒定电流
1. 恒定电流与恒定电场的关系
如何构建模型论证恒定电场的确产生恒定电流呢？引导学生构建下图所示的两个模型。
模型 1：当导体内存在电场时，自由电子将受力而获得一加速度，但由于电子与正离子发生碰
撞，从而改变运动方向和速率。假设碰撞后电子对
原来的运动方向完全丧失“记忆 ”，其宏观定向运动速度v0 = 0。此后电子在电场力作用下定向加速，直到下一次碰撞为止。在这期间电子获得的宏观定向速度
v1=aτ =
τ为电子在相邻两次碰撞之间的平均自由飞行时间(热平衡下为定值)。定向运动的平均速率v = v1 ∝ E。
问题：宏观电流与自由电子定向移动的平均速率又有什么关系呢？再次构建模型: 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平均速率为 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
引导学生认识到通过构建模型论证猜想这一物理方法。
让学生了解恒定
电场中“恒定”
的意义是相对于
静电场而言的，
其本质为动态平
衡
量为 q。
学生练习推导：
导体中的自由电荷数N =nls总电荷量Q =Nq =nlSq
故导体中的电流
练习：铜的密度为8.9g/cm3，铜的原子量 64，估算载有 16A 的电流、横截面直径为 3.2mm 的铜导线中电子定向移动平均速率的数量级。
解：取 1ml 铜原子(每个铜原子中贡献一个导电的电子)
S = π(1.6 × 10 - 3)2 = 8.0 × 10 - 6 m2
I 16
v = = neS 8.37 × 1028 × 1.6 × 10 - 19 ×
= 1.49 × 10 - 4 m/s
结论：I = nqsv ∝ v ∝ E，即恒定电场产生恒定电流！
恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。表现在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。
总结：电流的三种表达式
定义式： I＝，适用于一切电路；
微观表达式： I＝nqSv，从微观上看 n、q、S、v决定了 I 的大小；
金属和电解液的决定式： I=
学生练习推导
通过练习，让
学生了解定向
移动平均速率
的数量级
8.0
学生总结，提
升能力
锻炼学生逻辑思维能力，有助于学生的对电流的形成有个深刻理解
课堂练习：
1. 某电解池中，若在 2 秒的时间内各有2.0×1019个二价正离子和 1.0×1019 个一价负离子通过截面，那么通过这个截面的电流是多少？
答案：
提示学生注意：当正负电荷同时向相反的方向通过截面时，电荷量应该是两者绝对值的和。
2. 原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率 v 在半径为 r 的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为 e，等效电流有多大？
提示学生回归定义：答案
四、三种速率
教师故意关闭日光灯，引导学生思考若以定向移动的速度传播，教室里的灯亮起来恐怕需要几个
小时。教师突然开灯，引起学生认知上的冲突。
思考：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？
揭开谜底：实际上，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。
总结：电子的三种速率
电子定向移动的平均速率约 10-4m/s
电子热运动的平均速率 105m/s
电场的传播速率 3×108m/s
学生练习，教
师跟踪观察，
及时指出问题
学生练习
设置情境，引
起学生认知冲
突
巩固所学知识
课堂小结
一. 电源：能把电子从负极搬运到正极的装置
梳理自己本节
根据学生表述，
八、教学反思
通过设置问题链引导学生思考，逻辑上层层递进，实现了重难点的突破，破除了学生理解上的障碍。此外， 通过这样的处理，还有助于学生树立大单元的思想，为后续的学习打下良好的基础。二、恒定电场的特点
三、恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流
(1) 恒定电场与恒定电流的关系
(2) 三种表达式：I = q/t、I = nqsv、
I = U/R
四、三种速率
所学知识进行交流
查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、电源
1 ．定义：能把电子从 A 搬运到 B 的装置。
2.电源的作用：保持导体两端的电势差（电压），使电路有持续的电流。
二、恒定电场
1. 定义
1.恒定电场的特点
三、恒定电流
（1）把大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。
（2）恒定电场与恒定电流的关系
（2）电流的三种表达式
I = q/t、I = nqsv、I = U/R四、三种速率