高二物理人教版选修31 21电源和电流教案

1、电源和电流重/难点重点：理解电源的形成过程及电流的产生。难点：会灵活运用公式计算电流的大小。重/难点分析 重点分析：教材首先利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，然后引导学生分析恒定电场形成的过程，并引出了电源和恒定电流的定义和物理意义。教师引导学生分析思考，这样更能激发学生的求知欲和学习物理的兴趣。难点分析：电流的定义式：，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。对于金属导体有I=nqvS （n为单位体积内的自由电子个数，S为导线的横截面积，v为自由电子的定向移动速率，约m/s，远小于电子热运动的平均速率m/s，更小于电场的传播速率m/s），这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。

2、注意：在电解液导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，在用公式Iqt计算电流强度时应引起注意。突破策略1. 教学任务：电源的作用。师生活动：投影下面的图片思考与讨论：分别带正、负电荷的A、B两个导体球，如果用一条导线将它们连接起来，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？导线中能否出现电流？这个电流有什么特点？结论：最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态，导线中的电流只能是瞬时的。思维拓展：如何使电路中有持续电流？类比：如图，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A流动到水池B。A、B之间的高度差很

3、快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。思考与讨论：怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？结论：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流。思维拓展：电源的作用与抽水机相似就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置，使得导体两端保持电势差(电压)，电路中就会有持续的电流。结论：电源能使电路中产生持续电流。2. 教学任务：导线中的电场师生活动：问题引导：在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点呢？投影(如图所示)介绍图中各部分的意义，取出图中方框中的一小段导线及电场线放大后进行研究，如图所示。讨论与交流：导线中的电场

4、将如何变化，最终又会达到怎样的状态？参考解释：导线中的电场是两部分电荷分布共同作用产生的结果，其一是电源正、负极产生的电场，可将该电场分解为两个方向：沿导线方向的分量使自由电子沿导线做定向移动，形成电流；垂直于导线方向的分量使自由电子向导线某一侧聚集，从而使导线的两侧出现正、负净电荷。其二是这些感应电荷产生附加电场，该电场将削弱电源两极产生的垂直导线方向的电场，直到使导线中该方向合场强为零，而达到动态平衡状态。此时导线内的电场线保持与导线平行，自由电子只会在导体中定向移动。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

5、的分布是稳定的，电场的分布也稳定。结论：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。3. 教学任务：恒定电流师生活动：问题引导：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呢？参考解释：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。总结与归纳：恒定电场中的电流是恒定不变的，大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。4. 教学任务：电流强弱的描述电流。师生活动：问题引导：如何表示恒定电流的强

6、弱呢？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。电流定义式：I。单位：国际单位：安培(A)，1 A1 C/s。常用单位：毫安(mA)、微安(A)。电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。思维拓展：(1)电流是标量；(2)在金属导体中，电流方向与自由电荷(电子)的定向移动方向相反；(3)在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。导电时，电荷量q表示通过截面的正、负离子电荷量绝对值之和。5. 教学任务：电流的微观表达式。问题引导：在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，设导体的横截面积为S，导

7、体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v。请你用以上物理量表示电流I。参考解释：在时间t内通过导体某截面的电荷量为：Q(vtS)nq所形成的电流为：IQ/tnqSv。例1. 有一条横截面积的铜导线，通过的电流I1 A。已知铜的密度，铜的摩尔质量，阿伏加德罗常数，电子的电荷量。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，取一段导线(如图)导线左端的自由电子经过时间t到达右端，自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为vtS。这段导线中的原子数为。可以认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子(一般条件下铜可视作一价元素)，则这段导线中的自由电子数目与铜原子的数目相等，也等于n。由于时间t内这些电子全部通过右端横截面，因此通过横截面的电荷量是。把这个式子代入I，得.从中解出代入数值后得。突破反思学生在学习了第一单元的静电场后，对电场力做功、电势、电势能的概念已经有了较深刻认识，此刻不失时机地引导学生认识恒定电场，符合学生心理特点。教材利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，引导学生分析恒定电场形成的过程，并引出了电源和恒定电流的定义和物理意义。教师引导学生分析思考，这样更能