《電源和電流》教學設計

摘 要：這節教材內容是電路知識和電場知識的銜接，起承上啟下的作用。通過類比分析和自制教具演示使學生掌握電源的概念、導線中的電場和恒定電流等方面的知識。充分調動了學生的積極性，有助于培養學生的邏輯思維能力和科學探究能力。

關鍵詞：電源和電流；類比分析；自制教具

一、 教材分析

前一章學習了靜電場知識，這節教材內容從電場知識入手進行分析、討論，巧妙地將“電場”和“電路”的知識聯系起來，能夠培養學生溫故知新和勇于探究的能力。

二、 學情分析

學生為高二的學生，思維敏捷，動手性強，對物理有濃厚的興趣，對物理未知世界充滿好奇。通過第一章對靜電場的學習，具有一定的電學基礎，并且初中對電路有一定的掌握。在原有基礎上進一步學習有關電源和電流的知識，就要想辦法充分調動學生的積極性，培養學生的邏輯思維能力和科學探究能力。

三、 教學目標

（一） 知識與技能

1. 明確電源在電路中所起的作用，掌握恒定電場的建立。2. 掌握恒定電流的形成過程、電流定義、單位以及方向。3. 會推導電流的微觀表達式。

（二） 過程與方法

通過類比分析引導學生探究本節課知識點。

（三） 情感態度與價值觀

通過本節課的學習引導學生利用已知知識分析探究新問題和培養學生理論聯系生活實際的能力。

四、 教學重難點

重點：1. 電源的作用及恒定電流的產生過程。2. 掌握電流的計算，單位以及方向。

難點：1. 電源的作用。2. 電流的微觀解釋。

五、 教學方法

實驗探究、講授、引導討論

六、 教學環境和資源

交互式電子白板等多媒體輔助教學設備、教學課件、自制電路板，連通器，水泵，電流表。

七、 教學過程

（一） 引入新課教師活動：通過對第一章靜電場的學習，我們掌握了一些重要的電學概念和研究方法。那么在自然界和日常生活中，我們經常會遇到電荷運動所產生的效應。下面我們學習與電荷運動有關的知識。

（二） 新課教學

1. 教師活動：PPT展示閃電自然現象圖片。教師活動：做電容器放電實驗。提出問題：閃電和電容器放電是怎么形成的？形成的電流是短暫的還是持續的？學生活動：觀察實驗現象，認真思考短暫電流形成過程，得出結論。教師活動：結合靜電平衡知識引導分析短暫電流的形成過程。

提出問題：怎么得到持續電流？教師活動：用自制抽水實驗教具演示抽水過程。提出問題：怎么得到持續水流？學生：需要水泵從低處往高處搬運水。

通過類比順理引出要得到持續的電流，就需要一個類似水泵的裝置來搬運電荷，這個裝置叫電源。結合課本電源的作用，歸納：電源就是把自由電荷從一端搬遷到另一端的裝置。

2. 恒定電流

（1） 恒定電流以及表達式

提出問題：電路中的電場如何分布？通過水管中水流作類比結合課本圖2.1-2引導學生分析：電路周圍的電場是由所有電路元件共同產生的，前面流走的電荷由后面的電荷來補充，所以整個電路周圍的電場分布是穩定的、不變的。

歸納得出恒定電場的概念。

問題：導體中的自由電荷在恒定電場的作用下是否加速運動？學生：思考問題。

教師活動：在電路中串聯電流表演示，發現讀數保持不變。得出恒定電流的概念：大小和方向都不隨時間發生變化的電流。

問題：電流大小怎么表示？教師活動：用車流量計算作類比，通過引導使學生明白：電流越大，單位時間內通過導體橫截面的電荷量就越多。進而得出電流的計算方法。

結論：q=it電流單位：安培，簡稱安，符號A。常用單位：毫安（mA），微安（uA），1 mA=10-3A，1uA=10-6A.教師活動：引導學生分析電流的標失性。

結論：電流有大小，有方向，但不能用平行四邊形定則合成，所以是標量。

（2） 探究電流的微觀表達式

提出問題：電流的大小與自由電荷的電荷量、單位體積內的自由電荷個數、電荷定向移動的速度、還有導體橫截面積有什么關系？學生活動：帶著問題積極思考以下例題中的五個小問題。

【例題1】給一段長度為L橫截面積為S粗細均勻的金屬棒兩端加一定的電壓，此時金屬棒中自由電子定向移動的速率為v，每單位體積內的自由電子數為n，每個自由電子的電荷量為q。問題1：這段金屬棒的體積是多少？問題2：這段金屬棒中自由電荷數有多少？問題3：這段金屬棒內總的自由電荷量是多少？問題4：這些電荷量全部通過金屬棒右截面需要多長時間？問題5：金屬棒中的電流大小怎么表示？

學生活動：通過討論交流，得出五個問題的答案，從而得出結論。

結論：電流的微觀表達式I=nqvs

【例題2】已知一段銅導線上通過的電流I=2 A，橫截面積S=2 mm2，單位體積內的自由電荷數n=8.3×1028個，電子的電荷量e=-1.6×10-19C，求這段銅導線中自由電子定向移動的速率是多少？

學生活動：計算結果，得出銅導線中自由電子定向移動的速率約為10-5m/s。

提出問題：既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了呢？學生活動：思考問題。老師活動：提問電子熱運動的平均速率和電場的傳播速率并用PPT展示。學生活動：對比三個速率，在老師引導下得出結論。結論：閉合開關的瞬間，電路中各處迅速建立了恒定電場，自由電子在恒定電場的作用下，幾乎同時開始定向移動，整個電路也就幾乎同時產生了電流。

總結：通過這節課的學習，同學們有什么收獲？

學生活動：總結這節課自己學到了什么，哪些知識點掌握不透徹需要進一步學習等。

作者簡介：

惠小霞，甘肅省嘉峪關市，甘肅省嘉峪關市第一中學。endprint