人教课标版高中物理选修3-1：《电源和电流》教案-新版

相似论、同化论指导下的教学设计《电源与电流》按语：人类个体的学习是在相似的基础上不断建构新知识的过程。

教学中应当充分了解和挖掘那些存在于学生头脑中与将学的新知识相似度高的原有知识与经验，作为新知识学习的同化固定点。

本节课中具体应用如下：1．以水泵为电泵（电源）的同化固定点，理解电源在电路中的作用；2．以静电场的性质和规律为恒定电场的同化固定点，演绎恒定电场的形成过程；3．以车流量大小为电流大小的同化固定点，建立电流科学概念；4．以熟悉的生活场景为抽象知识的同化固定点，达成对“三个速率”的理解。

本节课采取的教学策略和方法有，合理想象、适时引问、抽象建模、类比方法等。

其中引问是问题导引的一种很有特色的形式。

引问即引发质疑，发现问题，促进思考。

在新课学习中，有时学生并不能及时感知问题的存在，本节课中教师在了解学习内容的基础上，协助学生进行知识检索，激活已有的知识，使学生感知到问题的存在，同时引发对新问题的思考。

本节课中探究恒定电场的形成、恒定电流的形成及自由电子定向移动速率大小等问题的过程中，教师适时引问，帮助学生发现问题、解决问题。

一、核心素养通过《电源和电流》的类比法学习过程，使学生感受相似现象和规律，体悟物理世界的和谐美。

并能够欣赏逻辑思维的理性之美，培养对物理学的深层兴趣。

二、教学目标1．了解电源使电路形成电流的机制和恒定电场的建立。

2．知道电流方向的规定。

3．掌握电流的定义式，并会用来解决导线中的电流问题以及计算运动电荷所产生的等效电流。

4．能区分导体中自由电子的定向移动速率和建立电场的速率。

5．尝试利用水泵和电泵的相似性，通过类比的方法理解电源的作用。

6．尝试利用静电场和恒定电场的相似性，通过类比的方法了解恒定电场的建立过程。

7．尝试利用车流和电流的相似性，经历电流概念的建立过程。

8．经历建立柱体模型的过程，理解电流的微观表达式。

三、教学重、难点重点：1．电流概念的建立。

2．电流的定义式3．电流的微观表达。

难点：1．电流的微观表达。

2．运动电荷的等效电流。

3．定向移动速率、电场传播速率、无规则热运动速率的区分。

四、教学设计的理论依据相似论与同化论。

相似理论是思维科学领域的重要理论。

从哲学方法论的角度看，只要两个事物有共同点，就可以说它们是相似的。

这种相似性广泛地存在于人类社会、自然界。

人类的很多发明创造就是运用相似原理进行相似创造的结果，人类个体的学习也是在相似的基础上不断建构新知识的过程。

美国教育心理学家奥苏伯尔把新学习的知识比做刚刚驶进港口的船，把头脑中原有的旧知识比做锚桩，当船靠岸后要把船的锚固定在这个事先设置好的牢固的桩上。

这个专门固定锚的东西叫锚桩，即新知识在原有知识上的同化固定点。

大量事例表明，充当同化固定点的那些知识与新知识之间的相似度越高，则学习的效果就越好。

这在教学中，应当充分了解和挖掘那些存在于学生头脑中与将学的新知识相似度高的原有知识与经验，作为新知识学习的同化固定点，这样的教学最高效。

课堂教学的任务就是或唤醒、或输入各种不同形式的相似同化固定点，引领学生学习建构新知识，而非直接告诉学生相关的结论。

五、学习者特征分析学生原有的知识经验有如下几点：1．持续水流形成机制及水泵的作用。

2．静电场和静电感应的相关知识。

3．车流量大小的比较。

六、教学策略与手段1．类比方法。

根据相似论与同化论，充分利用学生头脑中原有的知识经验，以这些知识和经验作为教和学的起点，也作为新知识学习的同化固定点。

本节课中，水流形成是电流形成的同化固定点；水泵的作用是电泵（电源）作用的同化固定点；静电场知识是恒定电场知识的同化固定点；车流大小是电流大小的同化固定点。

2．抽象建模。

电流的微观表达是本课的难点。

需要建立柱体模型，通过问题引导，使学生逐步领会柱体模型建立的必要性、合理性及实用性。

3．适时引问引问即引发质疑，发现问题。

在新课学习中，有时学生并不能及时感知问题的存在。

通过引导质疑，培养学生的问题意识。

在了解学习内容的基础上，协助学生进行知识检索，激活已有的知识和策略，同时引发对新问题的思考，使学生感知到问题的存在，并由此产生一些怀疑、困惑、探索的心理状态，驱使个体积极思维，不断提出问题和解决问题。

本节课引问贯穿教学始终。

4．合理想象。

导线中存在电流时，自由电子的运动既有定向移动，又有无规则热运动，场景相当复杂，这就需要教师引导，通过比喻，展开合理想象，从而达成对知识的理解。

七、板书设计八、教学过程１．以水泵为电泵（电源）的同化固定点，通过类比理解电源在电路中的作用上一章我们学习了静电场的知识，在自然界和生产生活领域，更广泛地存在着的是电荷流动所引起的效应。

那么，电荷为什么会流动？演示：给一个电容器充电后，接在电路中（如图），闭合电建。

现象：灯泡被点亮后随即熄灭。

引问：灯泡为什么亮了又灭？回答：开始灯泡两端存在电势差，后来电容器放电完毕，没有电势差。

分析：电容器的两极相当于图中A、B两个带电导体，它们的周围存在电场，如果在它们之间连接一条导线，自由电子便会沿导线做定向运动。

B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，AB之间的电势差很快消失，两个导体成为一个等势体，导线中的电流是瞬时的。

这是电荷移动的一种自然状态，就好比水流的自然状态总是从高处走向低处走，演示：拿出实验装置，事先装好水，两容器保持一定的高度差，拔去塞子，高度差消失，水就不再流动（等两边液面相平，又塞上塞子）。

利用什么装置可以保持水面的高度差，从而形成源源不断的水流呢？可以用水泵，（安装水泵使其工作，拔去塞子）水泵的作用是将流出去的水及时补充回去，水有“出”，但也有“进”，所以AB液面的高度差保持稳定，达到动态平衡。

类比：形成持续的水流需要水泵（同时播放PPT抽水示意图），形成持续的电流则需要“电泵”（同时播放PPT电泵），电泵的作用是把流到A的电子搬回到B处，电荷有“出”也有“进”，AB始终保持一定的电荷量，形成稳定的电势差，达到动态平衡。

请问谁能扮演电泵的角色？板书：电源。

图中的A和B就是电源的两个电极。

演示：灯泡接在电源两极上，持续发光。

也就是说，只要导体两端维持电势差，电荷就会持续流动。

小结：电源的作用是搬运电荷，保持电势差。

2．以静电场的性质和规律为恒定电场的同化固定点，演绎恒定电场的形成过程过渡：关于电荷的流动，你认为还有什么需要讨论的问题吗？学生可能问：电荷为什么会流动？（学生也可能提不出问题。

）引问：电荷的定向移动，应该是受到了电场力的作用。

根据上一章的知识，电场中的导体处于静电平衡状态，内部场强为零，哪还会受到电场力呢？看来这个问题颇费思量，需要大家好好讨论一下。

分析：导体中的电场是如何形成的？我们需要具体问题具体分析。

（播放PPT）AB所形成的电场，它的电场线如图所示。

这段长而弯曲的导线处在这个电场中，我们该怎样选取研究对象会比较容易入手？可以在其中取较短的一段。

导线中的自由电子会受到电场力F的作用，它的其中一个分力F2产生的效果是驱动电子沿导线方向运动，另一个分力F1产生的效果是使电子向导线内侧堆积，导线外侧就出现相应的正电荷。

引问：正负电荷会产生新的电场吗？回答：“会”引问：随着电荷的不断堆积，E′会无限地增大吗？类比：附加电场E′是刚刚产生的，我们在静电场中也遇见过相似的情形。

正的场源电荷周围放置一个枕形导体，导体两端会感应出正负电荷，正负电荷会形成附加的感应电场，随着正负电荷的不断分开，附加的感应电场E′会无限制地增大吗？学生若有所思：不会。

当感应电场E′与外电场E0的侧向分量E1相等时，合场强为零，电荷就不再移动，达到静电平衡。

结论：这里附加电场E′增大到与（外电场）E0在侧向的分量E1相等时，电荷就不再侧向移动，导线内只有沿导线方向的电场。

这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场，称为恒定电场（板书），其中电源起了关键作用（板书箭头）。

引问：在这样的恒定电场中，电子受到电场力的驱动，将被持续加速，电流也将持续增大，连在电路中的灯泡岂不是会越来越亮，越来越亮？为什么实际电路并不会发生这样的情况？提示：导线中的微观粒子除了自由电子就别无它物了吗？回答：还有正离子等微观粒子。

微观粒子的数目多不多？它们对潮水般涌过来的电子有什么影响？回答：很多。

电子在前进过程中会与这些不动的粒子发生碰撞，从而减速。

结论：总体来看，自由电荷既受到电场力的加速，又与不动粒子碰撞减速，定向运动的平均速率不随时间变化。

如果在电路中串联一个电流表，电流表的读数将保持恒定。

我们把大小和方向都不随时间变化的电流称为“恒定电流”（板书）。

３．以车流量的大小为电流大小的同化固定点，促使学生自主建立电流概念通过以上分析，我们已经知道电流是如何形成的，那么如何定量地描述电流的大小呢？引问：我们先回顾一幕马路场景（如图），如何描述它的车流量大小？“只要统计单位时间内通过的车辆数，就能比较车流量的大小。

”很好。

你会在哪里数车辆数呢？回答：在这段马路上任选一个位置就可以。

也就是我们只要选定一个固定的观察位置，数一数单位时间内通过的车辆数就行了。

同学说出了解决这个问题的三个要素——选一个观察位置；取一段时间；计下车辆数（PPT三要素：选位置，取时间，计数量）。

取了时间，计了数量，如何用这两个量表示车流量的大小？可以用数量与时间的比值来描述车流量的大小。

引问：受这个思路的启发，如何定量地描述导线中电流的大小呢？回答：“选择导线某处作为观察位置，单位时间内通过的电荷量越多，则电流越强”教师补充：导线中的观察位置，也就是某个截面。

可以怎样定义电流大小？建立新概念（学生自己得出）：可以把q/t作为电流I的定义。

关于电流这个刚刚认识的老朋友，除了大小，我们还熟知它的单位、方向等。

教师板书并指明：电流的单位A为国际单位制中的基本单位。

用电器种类繁多，工作电流有大有小。

计算器的液晶显示屏看起来很清楚，你知道它的工作电流有多大？大约是1×10-5A，这么小的电流我们换个单位来表达也许更方便。

电流的更小的单位还有毫安、微安等，1A=103mA=106μA。

联系实际：你知道吗？手表液晶显示屏约0.2μA。

电视机21吋，工作电流约0.4A；29 吋, 工作电流约1A。

人能感触到的触电电流约1mA，国际电工委员会规定的安全电流（摆脱电流）为10mA。

引问：前面我们研究了电源接在金属导体两端形成电流的情况。

除了自由电子定向移动可以形成电流之外，其它电荷移动可以形成电流吗？化学中是否有相关情形？比如把电源与氯化钠溶液相连，溶液中会形成电流吗（播放PPT）？回答：会引问：什么电荷在定向移动呢？回答：钠离子，氯离子引问：钠离子、氯离子分别向哪个方向移动？回答：钠离子向右、氯离子向左应用：电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则该电解液中的电流多大？（最后指明：有相反方向的粒子通过同一截面时，应是正负电量的绝对值之和）应用：氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。