11.1《电源和电流》 教学设计-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

《电源和电流》教学设计
一、教材分析
本节是必修2第十一章电路及其应用第一节，教材先以问题情境为引入，探究为什么小灯泡可以持续发光而闪电是瞬间，接着介绍电源与恒定电流物理观念，并引出电流比值定义，然后在拓展学习中给出电流的微观解释，培养学生科学思维和拓展学生视野，最后理论联系实际，简单分析电动汽车中电池。
二、教学目标
1.通过情境展示和引导，学生主动参与电源和电流基本概念的构建，培养学生物理观念和科学思维物理核心素养。
2.教师问题链的设问，学生思考探究恒定电场、电流微观涵义，培养学生科学探究物理核心素养。
3.教师展示电池发展历史以及比亚迪刀片电池介绍，提高学生好奇心和求知欲，增强学生对国家自豪感和社会责任感，培养学生科学态度和责任。
三、教学重点
电流的理解。
四、教学难点
恒定电场以及电流的微观理解。
五、教学过程
教学 内容 教师 活动 学生 活动 设计 意图
一、 创 设 情 境 ， 引 入 新 课 师：闪电是美丽的，它怎么产生？ 师：地面与云层之间有很强电压，击穿空气，产生美丽闪电，那为什么瞬间消失？ 生：闪电是由于地面与云层带有大量正负电荷产生的，击穿空气，产生电流。 生：由于每次放电，地面与云层正负电荷中和，再无电荷移动，闪电消失。如图所示，B总负电荷定向移动到A，之后AB之间无电荷移动，无电流。 从自然界引出物理问题，引起学生兴趣和思考，培养学生科学思维，引导学生关注自然和生活。
二、 创 设 情境、实 验 ， 构 建 滑 动 摩 擦 力 一．电源 师：如何可以持续产生闪电或者电流？举例说明？ 师：这两种情境都有一个共同的特点，两端持续存在正负电荷，刚才电荷中和，为什么会续产生？ 师：这两种情境都是有一装置，将电子由A再次搬到B，物理学称其为电源，原理图如图所示： 恒定电流 师：在电源作用下，A、B周围的电场有谁形成的？ 师：A、B周围电场是电源和移动电荷共同形成的，电场有怎样特点？类比水流，观察水流有什么特点？ 恒定电场：尽管电荷运动，但电荷分布稳定，不随时间变化，这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 师：电子在恒定电场中移动有什么特点？导线中电流有什么特点？ 恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。 电流：单位时间通过导体横截面的电荷量。 师：如何描述电流大小和电流的方向 师： I单位安培A（mA，μA），q单位库伦C 1C=1A·S 师：设导体的横截面积为s，自由电子数密度（单位体积内的自由电子数）为n，自由电子定向移动的平均速率为ν，电子电荷量为e，求： （1）时间t内，通过某一横截面自由电子个数 （2）通过横截面电流 应用 师：阅读思考锂电池工作原理 师：观看电池两百年发展史； 关注中国卡脖子技术攻关：比亚迪刀片电池、蔚来汽车固态电池 生：可以在A、B两端持续产生电荷，A、B间就就可以持续存在电荷移动。比如持续摇动静电机，两球之间持续产生电火花，停止摇动就会消失；比如装有电池的小灯泡也可以持续发光。 生：摇动起电机，两小球会产生正负电荷，虽然放电中和，但起电机会一直产生正负电荷；电池会持续让正负两极带正负电荷。 生：等量异种点电荷产生电场分布； 由电源、导线等电路元件所积累电荷共同形成恒定电场。 生：水流看起来是静止的，水虽然在流动，但是水流分布是稳定的看起来像静止的。电荷虽然也在移动，但整体分布也是稳定的，电场分布不会随着时间变化。 生：电子在恒定电场中定向加速移动； 电子在电场中定向移动与导体内不动粒子不断碰撞，阻碍了电子定向移动，导致电子定向移动的平均速率不变。电流大小、方向也不变。 生：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，电子向某一方向定向移动等效于正电荷向相反方向移动。 单位时间通过导体横截面的电荷量表示电流强弱。 生: (1)N=nSvt (2) Q=Ne=nSvte =nSve 生：如图所示，充电锂离子由正极到达负极C,放电由负极通过电解液到达锂化合物正极。 问题链设计，一步步得到电源的本质与作用，培养学生理解、探究能力以及理论联系生活实际能力。 恒定电场比较难理解，通过类比水流，让学生自己迁移到电场的特点。培养学生观察、思考、迁移能力，提升学生科学思维。 电流微观解释，通过问题的形式，让学生推理出微观表达式，提升学生推理能力。 展示电池发展历史以及比亚迪刀片电池介绍，提高学生好奇心和求知欲，增强学生对国家自豪感和社会责任感，培养学生科学态度和责任。
三、课堂练习与小结 课堂练习: 已知某华为手机电池容量为4200mAh，手机电量为零时用无线快充充满用时约1h，求 1.电池容量指的是什么物理量？ 2.充电过程中，手机的平均电流是多少？ 3.如果用普通充电器将零充满用时约为4h，则这次平均电流是快充是多少倍？ 4.如果一根充电导线横截面积为s，导线中电流为I，电子电荷量为e，单位体积内的自由电子数为n，求ts内多少个电子通过导线某横截面？以及自由电子定向移动的平均速率？ 课堂小结： 理论联系实际，以华为手机电池为背景，理解电池容量、电流表达式和微观表达式。 让学生总结表达，培养学生反思、语言表达能力。
课后练习：
一、单选题
1．关于电流，下列说法中正确的是（　　）
A．通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
B．导体两端没有电压时，导体中的自由电荷也在运动，所以导体中也有电流
C．单位时间内通过导体截面的电荷量越多，导体中的电流越大
D．因为电流有方向，所以电流是矢量
2．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为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v，在Δt时间内通过横截面积的电子数目可表示为（　　）
A．SvΔt B．nvSΔt C．IqΔt D．
3．如图所示，电解池内有一价的电解液，ts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，以下解释中正确的是（　　）
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从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→B，电流I＝
D．溶液内电流方向A→B，电流I＝
4. 如图所示为一质量分布均匀的长方体金属导体，在导体的左右两端加一恒定的电压，使导体中产生一恒定电流，其电流的大小为I。已知金属导体的横截面积是S，导体单位长度的自由电子数为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v0，则下列说法中正确的是（　　）
A．自由电子定向移动的速率为v0 B．自由电子定向移动的速率为v＝
C．自由电子定向移动的速率为真空中的光速c D．自由电子定向移动的速率为v＝
二．多选题
5. 一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导体单位体积内的自由电子数为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v0，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v0 B．自由电子定向移动的速率为v＝
C．电流的速率为电场传播的速率，即为真空中的光速c
D．自由电子定向移动的速率为v＝
6.如图甲所示是电容器充、放电电路。配合电流传感器，可以捕捉瞬间的电流变化，并通过计算机画出电流随时间变化的图像。实验中选用直流8V电压，电容器选用电解电容器。先使单刀双掷开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可瞬间完成。然后把单刀双掷开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流传入计算机，图像上显示出放电电流随时间变化的I－t曲线，如图乙所示。以下说法正确的是(　　)
A．电解电容器用氧化膜做电介质，由于氧化膜很薄，所以电容较小
B．随着放电过程的进行，该电容器两极板间电压逐渐减小
C．由传感器所记录的该放电电流图像可以估算出该过程中电容器的放电电荷量
D．通过本实验可以估算出该电容器的电容值
三解答题
7.一条导线中的电流为，在内通过这条导线某一横截面的电荷量是多少库仑？有多少个电子通过该横截面？
8.如图所示，医学上心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的设备，通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。如图是一次心脏除颤器的模拟治疗，该心脏除颤器的电容器电容为15μF，充电至8.0kV电压，如果电容器在2.0ms时间内完成放电，求：
(1)这次放电有多少电荷量通过人体组织？
(2)这次放电的平均电流大小？
9．已知电子质量为9.1×10－31 kg，带电荷量为－1.6×10－19 C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10 m，求电子绕核运动的线速度大小、动能、周期和形成的等效电流。