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1、高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案：2.1 电源和电流新人教版高中物理选修3-1优秀教案 第二章 恒定电流 全章教学设计全章教学内容分析 本章介绍电路的基本概念和规律，在物理学发展史上，从静电到电流(动电)有一个辩证的发展过程，从内容上来说，本章和上一章有着必然的内在联系。首先，电路中的电压概念就是静电学中的电势差，导体中的电场也是在静电场基础上引入的电流场(动态的恒定电场)，而自由电荷在导体中的定向移动，则简化为带电粒子在电场力作用下的定向移动。其次，无论电场还是电路，都共同遵守能量守恒这一物理学的基本规律。从电源、电动势、部分电路的电功和电热，到闭合电路欧姆定律、电源的总功率、输出功
2、率和内电路消耗的功率，都是能量守恒的具体体现。 本章是电学实验的核心，教材提供了大量的探究性学习素材，为学生的自主学习和理解科学探究的基本方法创造了条件。本章设计了四个学生分组实验，即“测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)”“描绘小电珠的伏安特性曲线”“测定电源的电动势和内阻”和“练习使用多用电表”，除此以外，还设计了若干演示实验及课内外做一做、设计与探究、调查与分析等内容，供课堂内外灵活使用。 课标要求 1(内容标准 (1)观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用。 (2)初步了解多用电表的原理。通过实际操作学会使用多用电表。 例1:以多用电表代替学生用电表进行各种电
3、学实验。 例2:以多用电表为测量工具，判断二极管的正负极，判断大容量电容器是否断路或者漏电。 (3)通过实验探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。 (4)知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。 (5)测量电源的电动势和内阻。 (6)知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活和生产中的应用。 例3:观察常见电热器的结构，知道其使用要点。 (7)通过实验观察门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。 (8)初步了解集成电路的作用。关注我国集成电路等元器件研究的发展情况。 2(活动建议 (1)分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的IU特性曲线，对比它们导电性能的特点。 (2
4、)用光敏二极管和微型话筒制作楼道灯的光控,声控开关。 (3)收集新型电热器的资料，了解其发热原理。 (4)制作简单的门电路。 (5)利用集成块制作简单的实用装置。 知识版块及知识结构 电路基本概念(电流、电压、电阻、电源)?电路基本结构(闭合电路与串、并联电路)?电路基本规律(部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律、电阻定律)?电路基本能量关系(电功与电热、焦耳定律、串、并联电路的功率分配、电源的总功率与输出功率)?电路的基本应用(电学实验)。 知识结构图 新人教版高中物理选修3-1优秀教案 教学目标 1(知识与技能 (1)初步了解常见电路元件在电路中的作用。初步了解多用电表的原理。 (2)知道电
5、阻定律。知道焦耳定律，理解闭合电路欧姆定律。 (3)知道电源的电动势和内电阻。 (4)制作简单的门电路。利用集成块制作简单的实用装置。用光敏二极管和微型话筒制作楼道灯的光控、声控开关。 (5)初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用。初步了解集成电路的作用。通过实验，观察门电路的基本作用。 2(过程与方法 (1)通过分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的IU特性曲线，对比它们导电性能的特点。 (2)通过实验，探究决定导线电阻的因素，探究并对比电阻测量的几种常用方法。 (3)通过实验，探究闭合电路中电源内、外电压的变化规律，测量电源的电动势和内电阻。 (4)收集新型电热器的资料，了解其发
6、热原理。 (5)通过观察常见电热器的结构，知道其使用要点。 (6)观察并尝试识别常见的电路元件，通过实际操作学会使用多用电表。尝试以多用电表代替学生用电表进行各种电学实验。以多用电表为测量工具，判断二极管的正负极，判断大容量电容器是否断路或者漏电。 3(情感、态度与价值观 (1)了解焦耳定律在生活、生产中的应用。 (2)在探究决定导线电阻的因素和电源内、外电压的变化规律等的活动中产生研究电路知识的兴趣。 (3)在电阻测量、多用电表的使用、测量电源的电动势和内电阻等实验活动中获得成功的体验。 (4)关注我国集成电路以及元器件研究的发展情况，增强民族自豪感，立志为祖国富强而努力学习。 (5)通过了
7、解常见家用电器的电路构造和工作原理，体会电路知识在生活、生产中的重要作用。 学情分析 本章的电流、电阻、部分电路欧姆定律、焦耳定律、串联分压和并联分流等内容，与9新人教版高中物理选修3-1优秀教案 年级电学内容有部分相近或重复，同时对重点内容在原有基础上有所加深，并拓展到一些新的物理规律，如非纯电阻电路，在此基础上介绍闭合电路知识。这种安排一方面考虑到学生初中学过的电学知识时间较久，已有遗忘，通过再现让他们感到熟悉，增强信心。另一方面，这种螺旋式上升的安排有利于学生知识体系的构建，让学生在相近或重复中体会研究物理问题的科学方法。实验方面，学生在初中已有了电路连接和电表使用的一般技能，对电路设计
8、和电学测量有了一定的知识和技能准备，便于电学实验教学的开展。 教学要求与建议 1(注重知识间的内在联系，如能量主线、概念联系、电路结构、欧姆定律等等。利用知识的内在联系帮助学生建构知识体系。 2(强调类比方法，注重本章知识与生活、技术、社会的联系。教学中尽量体现“让物理走进生活”，让学生体会到物理就在我们身边、学习物理是有用的。要充分利用“做一做”“思考与讨论”“科学漫步”“说一说”等栏目，提高学生学习物理的兴趣，调动学生的参与热情。 3(充分利用教材中的探究题材，指导学生开展自主探究与合作探究。多让学生参与实验，了解物理知识和规律的获取过程和方法。 课时分配建议 1 电源和电流 1课时 2
9、电动势 1课时 3 欧姆定律 1课时 4 串联电路和并联电路 2课时 5 焦耳定律 1课时 6 电阻定律 1课时 7 闭合电路的欧姆定律 2课时 8 多用电表 2课时 9 实验:测定电池的电动势和内阻 1课时 10简单的逻辑电路 2课时 1 电源和电流 整体设计教学分析 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，这样更能激发学生的求知欲和学习物理的兴趣。
10、教学目标 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。 4(通过对电源、电流的学习，学生学会类比理解电动势，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。 教学重点难点及突破 新人教版高中物理选修3-1优秀教案 重点理解电源的形成过程及电流的产生，会灵活运用公式计算电流的大小。本节课把电源与抽水机进行类比解决了电源的作用这个难点。 教学方法与手段 课堂教学中，采用教师引导学生分析，学生主动思考，师生共同总结或加以点评的方法，既
11、能发散学生的思维，调动学生的积极性，活跃课堂气氛，又能减少学生学习物理的恐惧感。对于电源的作用这一难点通过类比的方法使学生更容易理解。 课前准备教学媒体 投影片，多媒体课件，电闪雷鸣的视频，静电图片，小灯泡发光的简单电路。 知识准备 1(静电场的电场线，电势、电势差的有关知识。 2(初中电流的形成的有关知识。 教学过程主要教学环节与事件:分任务、师生活动、设计说明。 导入新课 事件1 教学任务:创设情景，导入新课。 师生活动: 【展示】雷鸣电闪的视频。 【演示】小灯泡发光的实验。 观察并讨论: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，而电路中的小灯泡却能持续发光
12、, 通过现象对比，激发学生的求知欲。调动学生的学习积极性。 结论:小灯泡电路中有电源。 推进新课 事件2 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
13、度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。 新人教版高中物理选修3-1优秀教案 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。 事件3 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
14、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，新人教版高中物理选修3-1优秀教案 自由电子只会在导体中定向移动。 导线内的电场
15、，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。 结论:由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。 事件4 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
16、变的，大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 事件5 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。 q电流定义式:I,。 t单位:国际单位:安培(A)，1 A,1 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
17、面的正、负离子电荷量绝对值之和。 事件6 教学任务:电流的应用。 师生活动: 1(在金属导体中，若10 s内通过横截面的电荷量为10 C，则导体中的电流为_; 结论:电流等于通过导体横截面的_跟通过这些_所用的_的比值。 2(关于电流的方向，下列叙述中正确的是( ) A(金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B(在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定 C(不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D(电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同 电流方向与正电荷定向移动的方向_，与负电荷定向移动的方向_。 23(某电解槽横截面积为
18、0.5 m，若10 s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为1 C，则电解液中的电流为_。 在电解液中，电荷量是通过截面的正、负离子电荷量绝对值_。 答案:1.1 A 电荷量 电荷量 时间 新人教版高中物理选修3-1优秀教案 2(C 相同 相反 3(0.2 A 之和 事件7 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:I
19、,Q/t,nqSv。 知识应用举例 2例题1有一条横截面积S,1 mm的铜导线，通过的电流I,1 A。已知铜的密度,332238.910 kg/m，铜的摩尔质量M,6.410 kg/mol，阿伏加德罗常数NA,6.0210 mol,119，电子的电荷量e,1.610 C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。 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) 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vtS为vtS质量为vtS。这段导线中的原子数为n,NA M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
20、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。 vtS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q,ne,MNAe qvSNAe把这个式子代入I,得I, tMIM从中解出v, SNAe,5代入数值后得v,7.510 m/s。 思维拓展: 你认为计算出的电子定向运动速率与我们的生活经验是否相符,怎样解释, 结论:电子的定向运动速率与导线中电场的速率不同。 课堂巩固与反馈 事件8 新人教版高中物理选修3-1优秀教案 教学任务:形成性测试:学生独立完成。时间:5分钟。 1(下列叙述中正确的有( ) A(导体中电荷运动就形成电流 B(电流的单位是安 C(电
21、流是一个标量，其方向是没有意义的 D(对于导体，如果两端电势差不为零，则电流一定不为零 2(关于电流，下列说法正确的是( ) qA(根据I,可知I与q成正比 tB(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，电流是标量 D(电流的单位“安培”不是国际单位制 18193(某电解质溶液，如果在1 s内共有5.010个二价正离子和1.010个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大, 答案:1.B 2.C 3.3.2 A 课堂小结 事件9 教学任务:引导学生从知识、方法、情感的角度小结本节课的活动。 认真总结概括本节内容，让学生把自己这节
22、课的体会说出来，并进行比较，看谁的更好，好在什么地方。 布置作业 1(复习本节教材和笔记。 2(完成课本课后问题与练习。 9.直角三角形变焦关系：板书设计七、学困生辅导和转化措施1 电源和电流 (3)边与角之间的关系：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。 2、会数，会读，会写100以内的数，在具体情境中把握数的相对大小关系，能够运用数进行表达和交流，体会数与日常生活的密切联系。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。 2、会数，会读，会写100以内的数，在具体情境中把握数的相对大小
23、关系，能够运用数进行表达和交流，体会数与日常生活的密切联系。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。 q电流的定义式:I,单位:安培(A)、毫安(mA)、和微安(A)。 t1、20以内退位减法。备课资料1(怀表变卵石 安培思考科学问题专心致志，据说有一次，安培正慢慢地向他任教的学校走去，边走边思索着一个电学问题。经过塞纳河的时候，他随手拣起一块鹅卵石装进口袋。过一会儿，又从口袋里掏出来扔到河里。到学校后，他走进教室，习惯地掏怀表看时间，拿出来的却是一块鹅卵石。原来，怀表已被扔进了塞纳河。 2(马车车厢作“黑板” 还有一次，安培在街上
24、散步，走着走着，想出了一个电学问题的算式，正为没有地方运算而发愁。突然，他见到面前有一块“黑板”，就拿出随身携带的粉笔，在上面运算起来。新人教版高中物理选修3-1优秀教案 那“黑板”原来是一辆马车的车厢背面。马车走动了，他也跟着走，边走边写;马车越来越快，他就跑了起来，一心一意要完成他的推导，直到他实在追不上马车了才停下脚步。安培这个失常的行动，使街上的人笑得前仰后合。 对称轴：x=追着马车做题 享受思考快乐 (一)教学重点3(“电学中的牛顿” （5）二次函数的图象与yax2的图象的关系：安培将他的研究综合在电动力学现象的数学理论一书中，成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。 5、能掌握一些常见的数量关系和应用题的解答方法，逐步提高解答应用题的能力。安培还是发展测电技术的第一人，他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器，以后经过改进称电流计。 安培在他的一生中，只有很短的时间从事物理工作，可是他却能以独特的、透彻的分析，论述通电导体的磁效应，因此我们称他是电动力学的先创者。