高中物理_第二章 恒定电流 u000Bu000B1 电源和电流教学设计学情分析教材分析课后反思

2.1电源和电流（一）内容及解析1、内容：理解电源的形成过程及电流的产生。

2、解析：通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的理解。

（二）目标及其解析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。

（三）教学问题诊断分析电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。

（四）、教学支持条件分析通过对电源、电流的学习培养学生将物理知识应用于生活的生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。

（五）、教学过程设计1、教学基本流程先对本章的知识体系及意图作简要的概述新课讲述----第一节、导体中的电场和电流2、教学情景1．电源：先分析课本图2。

1-1 说明该装置只能产生瞬间电流（从电势差入手）【问题】如何使电路中有持续电流？（让学生回答—电源）类比：（把电源的作用与抽水机进行类比）如图2—1，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运动到水池B。

A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流。

教师提问：怎拦才能使水管中有源源不断的电流呢?让学生回答：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。

归纳：电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置。

（从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置）2．导线中的电场：结合课本图2。

1-4分析导线中的电场的分布情况。

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作定向移动，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、负净电荷分布。

其二是这些电荷分布产生附加电场，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，自由电子只存在定向移动。

因为电荷的分布是稳定的，故称恒定电场。

通过“思考与讨论”让学生区分静电平衡和动态平衡。

恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。

3．电流（标量）（1）概念：电荷的定向移动形成电流。

（2）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。

（3）定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。

定义式：tQ I 电流的微观表示：问题3取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v 。

设想在导体中取两个横截面B 和C ，横截面积为S ，导体中每单位体积中的自由电荷数为n ，每个自由电荷带的电量为q ，则t 时间内通过横截面C 的电量Q 是多少？电流I 为多少？（4）单位：安培（A ），1 A =103mA = 106µA（5）电流的种类① 直流电：方向不随时间而改变的电流。

直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。

② 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。

问题4如何用图象表示直流电和交流电？（六）目标检测1.电源是能把电路中的 从正极搬到负极的装置。

2.导线中的电场是由 、 等电路元件所积累的电荷在导线内共同形成的电场，导线内的电场保持和 平行。

3.由 分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。

4.把 、 都不随时间变化的电流称为恒定电流。

5.电流的 程度用电流这个物理量表示；规定 定向移动的方向为电流的方向；电流的单位是 ，符号是 ；公式为 。

设计意图：检测目标完成情况A 组题1.形成持续电流的条件是( )A.只要有电压加在物体的两端B.必须保持导体两端有电压C.只在导体两端瞬时加电压D.只要有大量的自由电荷2.在由电源、导线等电路元件所形成的电路中，以下说法正确的是 （ ）A.导线中的电场强度处处为零B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行C.导线内各点的电势相等D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低设计意图：对学生进行基础知识练习B 组题3.以下说法正确的是（ ）A.导体中的电流是正电荷的定向移动形成的B.电荷定向移动的速率等于电流的传导速率C.单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大D.导体中越粗的地方单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大4.某电解池，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面，那么通过这个截面的电流是( )A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A5.有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为u，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为（）A．nuSt B．nut C. It/q D. It/Sq5.下列叙述正确的是( )A.导体中电荷运动就形成电流B.电流是矢量C.导体中有电流通过时，导体内部场强不为零D.只有自由电子的定向移动才能形成电流6. 示波管中，2s内有6×1013个电子通过横截面大小不知的电子枪，则示波管中电流大小为( )A.4.8×10-6AB.3×10-13AC.9.6×10-6AD.无法确定设计意图：提高学生对基础知识的学习C组题7.我国北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道，电子电荷量e=1.6×10-19C，在整个环中运行的电子数目为5×1011，设电子的速度是3×107m/s，则环中的电流是：（）A．10mA B．1mA C．0.1mA D．0.01mA8.如图所示，a、b两导体板组成一电容器，电容为C，带电荷量为q，然后用一根虚线所示的导线连接，以下说法中正确的是（）A.导线中有恒定的电流B.导线中有短时间的电流C.通过导线的电荷量为qD. 通过导线的电荷量为2q设计意图：提高部分学生的的能力教学反思：1.本节内容是新增加的，教师和学生都有一个熟悉的过程，要通过类比和分析使学生对电源的的概念、导线中的电场和恒定电流等方面的知识有个初步的理解。

2.学生对于电流的微观解释，特别是电流的传导速度和电子定向移动的速度的关系认识上有一定的难度。

3.下节课要用一两条例题强化学生对I=Q/t=nvqS的理解和运用。

2.1 电源和电流 学案（人教版选修3-1）一、电源1．带正、负电荷的导体通过导线放电只能形成瞬间的电流：如图1所示，当用导线连接带正、负电荷的导体A 、B 时，导线中的自由电子便会在静电力的作用下沿导线做定向移动，带负电的导体B________电子，带正电的导体A________电子，周围电场迅速减弱，两导体间的电势差很快消失，电流是________的．图12．电源能给电路提供持续的电流：在两个导体间加一个装置P ，如图2所示，它能源源不断地把经导线流到A 的电子取走，补充给B ，使A 、B 始终保持一定数量的正、负电荷，A 、B 周围空间始终存在一定的______，A 、B 之间始终保持一定的______．这样电路就始终保持持续的________，这种搬运电荷的装置P 就是________．图2二、恒定电场导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的________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，形成一种________平衡，这样________的分布是稳定的，形成的________也是稳定的，不随时间而改变，称为恒定电场．三、恒定电流1．恒定电流：由于恒定电场的作用，电路中的电流保持恒定．我们把______________都不随时间变化的电流称为恒定电流．2．电流：(1)定义：通过导体截面的________与通过这些电荷量所用________的比值，叫做电流强度，简称电流．(2)公式表达：I ＝q t，或写成电荷量的表达式：__________. (3)单位：在国际单位制中是______，简称安，符号是A .更小的单位还有________ (mA )、________(μA )，换算关系为：1 A ＝103 mA ＝106 μA .一、电源[问题情境]电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在一瞬间，手电筒中小灯泡能持续发光．导体中的电流是怎样形成的？1．导体中有电流，是因为自由电子做什么运动？2．电路中之所以能有持续的电流，是因为电路两端维持着一定的电势差，这是什么元件在起作用？[要点提炼]1．要使电路中保持持续的电流，电路两端之间要有一定的________．2．电源的作用：维持电路两端始终有一定的________，使电路中保持______________．二、恒定电场[问题情境]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．这些电荷也在运动，电荷的分布却是稳定的，这是为什么？[要点提炼]1．由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为____________．2．在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与________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等，在恒定电场中________．三、恒定电流[问题情境]1．什么样的电流被称为恒定电流？2．我们用什么物理量来描述电流的强弱程度？3．电流的传播速度是光速，电子在导线中也是以光速移动吗？[要点提炼]1．我们把________都不随时间变化的电流称为恒定电流．2．________是描述电流强弱的物理量，其单位是________，电荷量q＝________.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 AC．1.6 A D．3.2 A听课记录：变式训练1 如图3所示，电解池内只含有一种CuCl 2电解质的电解液，t s 内通过溶液内截面S 的铜离子数是n ，设基元电荷为e ，试分析电解液中电流的方向和大小怎样？图3例2 电子的绕核运动可等效为环形电流．若氢原子中的电子以速率v 在半径为r 的轨道上运动，用e 表示电子的电荷量，则其等效电流等于多少？变式训练2 如图4所示，一个半径为r 的细橡胶圆环，均匀地带上负电荷Q ，当它以角速度ω绕中心轴线逆时针匀速转动时，环中等效电流的大小为( )图4A ．QB .Q 2πC .Qω2πD .2Qωπ例3 截面积为S 的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n 个自由电子，每个自由电子的电荷量是e ，自由电子定向移动的速率是v ，则在时间Δt 内通过导线横截面的电子数是( )A ．nSv ΔtB ．nv ΔtC .I Δt eD .I Δt Se听课记录：变式训练3 一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S ，导体单位长度内的自由电子数为n ，金属内的自由电子的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导体中通过的电流为I.则下列说法中正确的有( )A ．自由电子定向移动的速率为v 0B ．自由电子定向移动的速率为v ＝I neSC ．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD ．自由电子定向移动的速率为v ＝I ne【即学即练】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. 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n 1，负离子数是n 2，设基元电荷为e ，则以下解释中正确的是( )图 5A ．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→AB ．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 ＝n 1e tD ．溶液内电流方向从A 到B ，电流I ＝n 1＋n 2e t3．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4．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5．如图6所示，一根横截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，设棒每米的电荷量为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( )图6A ．vqB .q vC ．qvSD .qv S参考答案课前自主学习一、1.失去 得到 瞬时 2.电场 电势差 电流 电源二、电荷 动态 电荷 电场三、1.大小和方向 2.(1)电荷量q 时间t (2)q ＝It (3)安培 毫安 微安 核心知识探究一、[问题情境] 1.定向 2.电源[要点提炼]1．电势差 2.电势差 持续的电流二、[问题情境]电荷虽然也在流动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的．[要点提炼]1．恒定电场 2.静电场 同样适用三、[问题情境]1．大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．2．“电流”这一物理量来描述电流的强弱程度.3.电子在导线中移动速度很慢(见课本例1)，不是光速．[要点提炼]1．大小和方向 2.电流 安培 It解题方法探究例1 D [电荷的定向移动形成电流，但正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和．故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2 s 内通过截面的总电荷量应为：q ＝1.6×10－19×2×1.0×1019C ＋1.6×10－19×1×2.0×1019C ＝6.4 C ．根据电流的定义式得：I ＝q t ＝6.42A ＝3.2 A ．] 变式训练1 正离子定向移动方向为电流方向，负离子定向移动方向和电流方向相反，所以电解液中的电流方向由A 向B.因电解液中只含电解质CuCl 2，二价正离子数为n ，则一价负离子数为2n.电解液中是正、负两种离子的定向移动形成电流，故t s 内流过某截面的正、负离子的总电荷量为4ne ，所以电流I ＝4ne/t.例2 ev 2πr解析 假想电子绕核运动的轨迹就是一个环形导体，在运动的轨迹上任取一截面，则在一个周期内只有一个电子通过这个截面，由于电子电荷量题目已经给出，只要求出电子运动的周期，就可以根据电流的定义求解．根据圆周运动的知识可知，电子运动的周期为T ＝2πr v ，因此电流为I ＝q t ＝e T ＝ev 2πr. 变式训练2 C [由电流的定义式得I ＝q t ＝Q 2πω＝Qω2π.] 例3 AC [电荷量q ＝It ，单位体积内的电子数已知，要求出Δt 时间内有多少电子通过截面，才能求出电子数．(1)根据电流的定义式可知，在Δt 内通过导线截面的电荷量q ＝I Δt. 所以在这段时间内通过的自由电子数为N ＝q e ＝I Δt e，选项C 正确． (2)自由电子定向移动的速率是v ，因此在时间Δt 内，位于以截面S 为底、长l ＝v Δt 的这段导线内的自由电子都能通过截面．这段导线的体积V ＝Sl ＝Sv Δt ，所以Δt 内通过截面S 的自由电子数为N ＝nV ＝nSv Δt ，选项A 正确．]变式训练3 D [本题考查的是对电流微观表达式I ＝nqSv 的理解，关键是理解v 和n 的物理意义，式中的n 为单位体积内自由电子数，v 为自由电子定向移动的速率，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是vt 内的自由电子，其数量为nvt ，电荷量q ＝nvte ，所以电流I ＝q t ＝nev ，所以v ＝I ne，故正确答案为D .]即学即练1．BC [A 选项中没有考虑时间的因素．B 选项易漏选，当电子的定向移动的速率越大时，单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，故电流越大．D 选项中，电流的传导速率是定值，为光速c.]2．D [正离子的定向移动方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向，有正负离子反向经过同一截面时，I ＝q t公式中q 应该是正、负离子所带电荷量的绝对值。