人教版高中物理选修1-1《五、电流和电源》教学设计2

电源和电流

【教学目标】

（1）知道什么是电源，电源在电路中的作用，什么是恒定电场，什么是恒定电流

（2）掌握恒定电流产生的条件，电流的定义式。

（3）能推导恒定电流的微观表达式

（4）能区分自由电子的定向移动速率、热运动的速率、电流传导的速率的区别。

【教学重点难点】

重点：掌握恒定电流产生的条件，电流的定义式。

难点：能推导恒定电流的微观表达式

【教学流程】

（一）        新课引入

实验：手摇发电机摇动以后使两个球带上等量的异种电荷，通过导线接到灵敏电流计两端，接通瞬间，观察发现电流计发生偏转，然后又很快恢复到零。

（二）新课教学

根据实验现象和阅读课本41页回答下列问题：

思考讨论1：电流怎么产生的，电荷为什么能定向移动？电流产生的条件是什么？

1.电流的产生：电荷的定向移动产生电流

2.电流产生的条件：（1）有自由电子  （2）导体两端有电势差

思考讨论2：如图所示，A、B为两个带等量异种电荷的金属球，A、B之间是否有电势差？

若用导线将两个球连接起来，导线中是否有电流流过？

导线中的自由电子在电场力作用下将由B向A移动，从而形成电流。

思考讨论3：电流能一直持续吗？为什么？

自由电子由B向A移动，A吸收自由电子，电势降低，B失去电子电势升高，最终，AB的电势相等，电子不再定向移动，电流消失。故这种情况下，导线中只有瞬时电流流过！

怎样才能使上述导线中有持续的，恒定不变的电流流过？

思考讨论4：什么是电源，电源在电路中的作用是什么？

学生讨论，老师总结归纳

3.电源在电路中的作用：（1）从物理过程分析：就是通过非静电力把电子从正极搬到负极，使电源两极间保持一定的电势差。使电路有持续的电流。

（2）从能量的角度分析：就是电源把其它形式的能转化为电能。

思考讨论5：在有电源的电路中,导线内部的电场又有何特点?导线内的电场，是由谁形成的？

学生讨论，老师总结归纳

1.恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场。

2.恒定电流：大小、方向、不随时间变化的电流。

我们把电流的强弱程度用电流这个物理量表示

思考讨论6：如何表示电流的强弱呢？如何判断水管中水流的强弱？

电流：（1）定义：通过导体某一横截面的电量和通过这些电量所用时间的比值来表示。

思考讨论7：电流的定义式、单位、标量还是矢量、物理意义：

（2）定义式： I = q / t

（3）单位：安培（国际单位）（A）． 常用单位有毫安（mA）、微安（  A）．

属于基本单位   1A＝103mA＝106A

（4）电流是标量．但习惯上规定电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反

（5）物理意义：表示电流强弱和方向的物理量。

思考讨论8：I = q / t的适用范围，I 与 q 、t有什么关系？

（6）I = q/t为电流的定义式，对任何情况都适用。

（7）比值法定义。电流由电路状态所决定，与q、t均无关！

例1：某电解池中，若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是(　　)

A．0              B．0.8 A           C．1.6 A            D．3.2 A

总结：注意电流的方向

例2：一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。求电流。

推得：电流的微观表达式：I=nqsv

阅读课本例1电子定向移动的速率约为10-5m/s

思考讨论9：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？闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时产生了电流。

电路接通时电灯中的电流并不是电源中的自由电子跑过去了，而是灯丝自己的自由电子定向移动产生的。

思考讨论10：自由电子的定向移动速率、热运动的速率、电流传导的速率的区别。

电子定向移动速率：其大小与电流有关，一般数量级为10-5m/s（对每个电子而言）

电子热运动的速率：其大小与温度有关，一般数量级为105m/s（对每个电子而言）

电流传导的速率：（传播的是电场）等于光速3×10 8 m/s.电路一接通，导体中处处的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流（对整体而言）

（三）小结：一、电源

1.产生电流的条件.

2.电源及其作用.

3.导线中电场的特点:(恒定电场)

二、恒定电流

1.电流的定义：I=q/t

2.物理意义:表示电流强弱和方向的物理量.

3.电流的单位：安培 A、mA、uA

【课后巩固练习】

1．关于电流的概念，下列说法正确的是(　　)

A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大

B．电子定向移动的速率越大，电流越大

C．单位时间内通过导体某横截面的电荷量越多，导体中的电流越大

D．电流的传导速率越大，电流越大

2、关于电流的说法中正确的是(　　)

A．根据I＝q/t，可知I与q成正比

B．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流

C．电流有方向，电流是矢量

D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位

3. 如图5所示，电解池内有一价的电解液，t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设基元电荷为e，则以下解释中正确的是(　　)

图 5

A．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向B→A

B．溶液内正负离子向相反方向移动，电流抵消

C．溶液内电流方向从A到B，电流I＝

D．溶液内电流方向从A到B，电流I＝

4．导体中电流I的表达式为I＝nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是(　　)

A．导体运动的速率

B．电流传导速率

C．自由电荷定向移动的速率

D．电子热运动速率

5．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍，下列说法中正确的是(　　)

A．通过甲、乙两导体的电流相同

B．通过乙导体的电流是甲导体的2倍

C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍

D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同

6、如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为(　　)

A．qv   B. 

C．qvS   D．qv/S

7、如图是静电除尘器示意图，A接高压电源正极，B接高压电源的负极，AB之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A的过程中，遇到烟气的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，排出的烟就成为清洁的了，已知每千克煤粉会吸附m mol电子，每昼夜能除尘n kg，计算高压电源的电流强度I，电子电量设为e，阿伏加德罗常数为NA，一昼夜时间为t.