/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
第十五章 电流和电路
第2节 电流和电路
新课导入
方式 【情境导入】
多媒体展示:城市夜景图片。(如图15-2-1所示)
图15-2-1
提问:同学们知道这么漂亮的灯光夜景是怎么实现的吗
学生回答,引入电流和电路。
说明:通过城市夜景图片唤起学生对本节课学习内容的积极性,通过师生交流逐步引入本节的课题“电流和电路”。
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
1.难点突破:电流概念的建立
在讲解电流的概念时,可将电流与水流或车流、人流相类比,将抽象的知识形象化,更容易让学生认识和理解。
方法一:如图15-2-2所示,将电流的形成和水流的形成相类比,列出相似的地方。
图15-2-2
①水轮机转动是有水流经过了水轮机——电灯发光是有电流通过了灯泡;
②水的定向流动形成水流——电荷的定向移动形成电流。
方法二:如图15-2-3所示,将电流与车流、人流相类比。
图15-2-3
2.类比法之详解
类比法:类比就是通过比较两个事物的某些相似或相同之处,用熟悉的事物来认识不熟悉的事物。例如,电流与水流相似,本节中为了研究电流,就把对水流的一些认识转移到电流上,这种方法就叫类比法。类比法是进行科学研究的重要方法。
本节中电流可与水流有诸多的类比。例如,水流是水的流动,电流是电荷的流动;水从水位高的地方流向水位低的地方,电流从电位高的地方流向电位低的地方;水位高低之差叫水位差或水压,电位高低之差叫电位差或电压;水压是水定向流动的原因,电压是使自由电荷发生定向移动的原因(因此电压就相当于水位差或水压)。这样,在认识水流的基础上去认识电流,就比较容易理解了。(注:电压在以后才会讲到,这里只是讲解方法。)
本节教材链中考
[考点小说] 电流和电路是电学板块的起始篇、入门篇,了解电路的组成、知道电流方向的规定、能对电路的状态进行判断分析,并且能够熟练连接电路、画出对应的电路图或根据电路图正确连接实物图等都是中考涉及的高频考点,常以作图题、选择题、填空题等形式呈现。
[考点对接] 电路图和实物图
[源起教材P47]
用符号表示电路连接的图,叫作电路图。电路图是对实际电路的有效抽象。有了元器件的符号,我们就可以用它来方便地替代实物电路了(图15.2-7)。
图15.2-7 电路和电路图
例1 (徐州中考)如图15-2-4所示电路,闭合开关,电路所处的状态是 ( )
图15-2-4
A.通路 B.断路 C.短路 D.无法判断
[答案] C
例2 (鄂州中考)如图15-2-5所示,开关S闭合时,小灯泡L1、L2都不亮,用一根导线的两端接触a、b两点时,两小灯泡都不亮;接触b、c两点时,两小灯泡也不亮;接触c、d两点时,两小灯泡都亮。对此,下列判断中可能的是 ( )
图15-2-5
A.小灯泡L1断路 B.小灯泡L2断路
C.开关S断路 D.小灯泡L2短路
[答案] C
例3 (深圳中考)请根据如图15-2-6所示实物电路,在虚线框内画出对应的电路图。
图15-2-6
[答案] 如图15-2-7所示
图15-2-7
拓展材料
材料一——简易电池夹的制作
用五合板或厚度为6 mm左右的木板制成底板。用直径为1.3 mm左右的裸铜线(或镀锌铁丝)弯成如图15-2-8所示的支架,将小螺丝钉钉在底板上。电池夹上的圆环为正极触点,要能够套紧在一号干电池的铜帽上。用这种简易的电池夹可以分别得到1.5 V、3 V、4.5 V三种电压。
图15-2-8
材料二——发光二极管
发光二极管是一种电子元件,简称LED,如图15-2-9所示。它的两根引脚中较长的为正极,较短的为负极。当电流由正极经过LED流向负极时,LED发光,表明它处于导通状态;反之,电流不能从负极流向正极,LED不会发光。红色、绿色发光二极管在20世纪中叶已经问世,但要把发光二极管用于照明,必须发明蓝色发光二极管,因为有了红、绿、蓝三原色后,才能产生照亮世界的白色光源。20世纪90年代初,蓝色发光二极管研制成功。至此,将LED用于照明的最大技术障碍已被扫除,被誉为“人类历史上第四代照明”的LED登场。与白炽灯、荧光灯相比,LED能耗更低,寿命更长,而且可实现智能化操控,是节能环保的绿色照明。因此,现在家庭、办公、道路等各种场所的照明基本都用LED。
图15-2-9
材料三——氢燃料电池
氢燃料电池的工作原理是将氢气送到燃料电池的阳极板(负极),经过催化剂(铂)的作用,氢原子中的一个电子被分离出来,失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜,到达燃料电池阴极板(正极),而电子是不能通过质子交换膜的,这个电子只能经外部电路,到达燃料电池阴极板,从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后,与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧气可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极板供应氢,给阴极板供应空气,并及时把水分带走,就可以不断地提供电能,可实现零排放零污染。氢燃料电池的化学转换效率在理论上可达100%,实际效率能达60%~80%,是普通内燃机热效率的2~3倍。
材料四——感应发光冰块
图15-2-10
感应发光冰块(图15-2-10)产品是采用食品级PS材料及电子元件组成的发光冰块,采用先进的触水式开关,具有入水即亮的特性(液体感应),外形仿如真实冰块一般。感应发光冰块采用电池供电,无化学变化,无毒无害,可放置于各类饮品中增添浪漫及神秘的气氛。感应发光冰块内部电子元件有:液体感应器、纽扣电池和LED灯泡。感应发光冰块的使用方法是将发光冰块清洁干净后放入水中,它会自动发光;使用完毕,用布擦干后放置于干燥的地方以备下次使用。感应发光冰块还可以放入冰箱内冷冻后,再放入饮料中,可以降低饮料的温度。需要注意的是:请勿吞食感应发光冰块,且避免放置于温度过高的饮品中。
材料一 简易电池夹的制作
材料二 发光二极管
材料三 氢燃料电池
材料四 感应发光冰块
——详见电子资源
能力培优题 (详见电子资源)
21世纪教育网(www.21cnjy.com)/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
第十五章 电流和电路
第2节 电流和电路
教材 解读 本节内容包括五部分:电流,导体和绝缘体,电路的构成,电路图,电路的三种状态(通路、断路、短路)。其中电流概念十分抽象,电流的学习效果也直接影响到后面电压、电阻,乃至后续的欧姆定律的学习,是本节课的难点。教材在本章第1节已通过若干实验对自由电荷和自由电荷运动等内容作了初步介绍,为学生了解电流概念做了铺垫。为降低学习难度,教材回避了以往教科书中规定的电流方向与金属中自由电子的移动方向相反的教学难点,让学生在“电流”的学习中侧重其应用,而不拘泥于那些难于理解的物理概念。 《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:“知道电流,从能量的角度认识电源和用电器的作用,会读、会画简单的电路图。”所以,教材从学生的兴趣、认知规律和探究是否方便出发,不过分强调学科自身逻辑的体系和概念规律的严密性,而是尽可能多地联系生活实际,通过多个“想想做做”等实验活动,使学生在动手和动脑中认识、理解电流、电路知识,学会电路元件符号和规范的电路图画法,从而有效地践行“从生活走向物理,从物理走向社会”的新课程理念。
学 习 目 标 物理观念 1.知道电流形成的条件,电流方向的规定。 2.认识导体和绝缘体。 3.知道电路的组成。 4.认识电路元件符号。 5.会画简单的电路图,能连接简单的电路。 6.认识断路、短路和通路。
科学思维 1.在动手实验的过程中,学习从现象中分析归纳规律的方法。 2.会利用电路图把具体的电路简洁地表示出来,进而分析电路。 3.归纳三种电路状态的特点。
科学探究 通过实验探究电路的状态,培养学生初步的分析、概括能力。
科学态度 与责任 1.激发学生认识电路组成、研究各元件作用的兴趣。 2.在学习连接电路、画电路图的活动中,培养竞争意识、合作精神。
教学 重、 难点 重点:电路的组成,正确连接电路和画电路图。 难点:电流的形成和方向,根据实物图画电路图。
教学 建议 根据对教材和初中生的特点分析,本节课教学设计的基本策略是:适应学生的认知发展特点,注重知识的形成过程。将学生已有的认知从生活经验上升为学科知识,围绕学生的学习需求设计学习任务。本节课设计以学生探究活动贯穿始终,让学生在活动中层层递进完成学习任务。首先,以夜景图片为情境,提出问题,引入课题。然后通过四个层层递进的学习活动分组进行实验:先组织学生“想想做做”,让小灯泡发光,获得“电路的组成和电流的形成”的知识(介绍导体和绝缘体);然后通过让LED灯发光的分组实验获得“电流具有方向性”的结论;接着通过电路逐步过渡到画电路图,提出电路元件符号和画电路图的方法;最后在电流、电路知识形成的基础上迁移拓展——提出通路、断路、短路的概念,通过演示小灯泡短路明确短路对用电器的影响。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 实验导入: 如图所示,使验电器A带电、B不带电,用带有绝缘柄的金属棒把A和B连接起来。实验结果表明,电荷在金属导体中做了定向移动,但这种定向移动瞬间就结束了。 实际中点亮的小灯泡能持续发光,这是因为有电荷不断地流过小灯泡。那么,怎样才能使电荷不断地流过小灯泡呢 观察实验、思考问题 回答问题、进入情境 通过实验现象引发学生做进一步的思考。
【探究新知】 一、电流 电流的形成及电流的方向: (1)学生实验1:以小组为单位使桌上的小灯泡发光。在动手实验之前,请同学们注意: ①绝不允许将导线直接连在电池的两端! ②开关在接入电路时要断开! 思考:①电流是怎么形成的 ②电流方向是怎么规定的 ③指出刚才所连接电路中的电流方向。 探究归纳:①小灯泡发光说明有持续的电流通过它。 ②电荷的定向移动形成电流。 ③正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。 ④在电源外部,电流的方向是从电源正极经过用电器流向负极(如图所示)。 观察、思考、交流、举手发言 通过实验探究,培养学生的观察能力和推理概括能力。
(2)学生实验2:连接电路使发光二极管发光。 出现的问题:为什么在电路连接正确的前提下,一些小组的二极管发光,一些小组的二极管却不发光呢 启发引导:把电池的两极对调或更换发光二极管的接线方式。 现象:原来不发光小组的二极管发光,而原来发光小组的二极管却不再发光。 探究归纳:一般用电器(如小灯泡)对电流的方向没有具体要求,但发光二极管却只有在正、负极连接正确时才会发光,因此会出现刚才的问题。 二、导体和绝缘体 过渡设问:既然电荷可以转移,那么为什么用摩擦的方法可使手拿的玻璃棒带电,而不能使手拿的铜棒带电呢 演示实验:电荷在金属棒中的定向移动 探究归纳: (1)导体、绝缘体、半导体的定义及常见材料 ①容易导电的物体叫作导体。如:金属、各种酸碱盐的水溶液、人体、大地等。 ②不容易导电的物体叫作绝缘体。如:陶瓷、橡胶、塑料、纯净的油、干木头等。 ③导电能力介于导体和绝缘体之间的物体叫作半导体。如:硅、锗等。 (2)导体导电的原因:导体中存在大量自由电荷。金属中是自由电子;食盐溶液中是阴离子、阳离子。 绝缘体不容易导电的原因:绝缘体内部几乎没有自由电荷。 注意: ①强调:“大量”“自由”“几乎”几个重点词语。 ②同时注意辨析:“电荷”和“电子”及“电荷”和“自由电荷”的区别。 (3)特别说明:导体和绝缘体之间没有绝对的界限。 依据:①半导体材料的存在。 ②条件发生变化时,绝缘体也常常会变为导体。如:纯净的水是绝缘体,而溶解了杂质(不纯净)的水是导体;常温下的玻璃是绝缘体,而红炽状态下的玻璃是导体;干燥的木头是绝缘体,而潮湿的木头是导体。 三、电路 提问:灯泡发光需要哪些条件呢 只有电源,灯泡就能发光吗 还需要怎样做呢 学生讨论回答:用导线将电源和小灯泡、开关连接起来,并且闭合开关。 探究归纳:①电源是提供电能的装置,如电池。 ②把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流可以流过的路径,叫电路。 ③电路的基本组成 电源——提供电能。 用电器——消耗电能。 导线——输送电能。 开关——控制电路。 ④电路中形成持续电流的条件:a.电路中有电源;b.电路是通路。 观察、思考、交流 观察、思考、总结 思考、交流、总结 通过现象的对比引发学生的认知冲突,进而思考产生这种现象的原因,让学生认识到电流是有方向的。 培养学生根据实验现象分析问题的能力,引入导体和绝缘体的概念。 从能量转化的角度介绍生活中常见的电源及用电器。学生能很容易地从能量转化的角度得出它们在电路中的作用。
四、电路图 我们在研究电路时,通常用符号表示电路中的各个元器件和它们之间的连接关系。 归纳:(1)用符号表示电路连接的图,叫电路图。 (2)介绍常用元件的符号。(教材P47图15.2-6) (3)画电路图时的要求: ①元件位置安排要适当,要用规定的符号表示电路元件。 ②元件一般不要画在拐角处。 ③整个电路图最好呈长方形,导线要横平竖直。 五、通路、断路和短路 演示实验:如图所示。 探究归纳: ①通路:正常接通的电路,即用电器能够工作的电路。 ②断路:某处被切断,没有电流通过的电路。 ③短路:直接用导线将电源的正、负极连接起来的电路。 [拓展延伸] 短路分电源短路和局部短路两种。电源短路是指电流从电源正极流向负极的过程中,不经过任何用电器。局部短路是电路中的某个用电器两端被导线直接连通,被短路的用电器中无电流通过、不工作,而整个电路中仍有用电器工作。 讨论:在发光的灯泡两端并联一根导线,灯泡为什么不亮呢 这是因为电流直接从导线和开关中流过,而灯泡中几乎没有电流,因此灯泡不亮。 说明:直接用导线将电源两极连接起来,电路中会有很大的电流,可能把电源烧坏,还可能引起火灾。这是绝对不允许的。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 思考、交流、总结 思考、交流总结 介绍元件符号和电路图的画法,加深学生对知识的理解。 正确认识通路、断路和短路状态。使学生认识用电器短路和电源短路的危害。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 电流
1.电流的形成
(1)实验探究:让小灯泡亮起来
[思考]有如下器材:几节干电池、一只小灯泡、一个开关和几根导线(如图15-2-11所示),你能不能利用这些器材使小灯泡发光
图15-2-11
[设计电路与实验]
①如图15-2-12甲所示,没有电源,无论断开还是闭合开关,灯泡都 不发光 。
②如图乙所示,断开开关,小灯泡 不发光 ;如图丙所示,闭合开关,小灯泡 发光 。(均选填“发光”或“不发光”)
图15-2-12
[实验结论]小灯泡亮起来的两个必要条件:
①电路是 闭合回路 ;②电路中有 电源 。
(2)电流的形成:导线、小灯泡的灯丝都是由金属制成的,电荷在金属中可以定向移动,电荷的 定向移动 形成电流。
(3)电路中形成持续电流的条件:①有电源;②电路是连通的。两个条件缺一不可。
2.电流的方向
(1)电流的方向
物理学中把 正 电荷定向移动的方向规定为电流的方向。根据电流方向的规定, 负 电荷定向移动的方向与电流的方向相反,如图15-2-13所示。
图15-2-13
(2)电路中电流的流动情况
按照电流方向的规定,当电源、导线、小灯泡、开关组成一个闭合回路时,闭合开关,在电源外部,电流的方向是从电源 正 极经过 开关 、 小灯泡 流向电源 负 极(如图15-2-14所示)。
图15-2-14
(3)电路中自由电子移动的方向
金属导体中的电流是 自由电子 定向移动所形成的。自由电子带 负 电,所以在电路中,自由电子定向移动的方向与电流的方向 相反 。
3.利用发光二极管判断电流方向
阅读教材P45“发光二极管具有单向导电性”。发光二极管是一种电子元件,简称LED。它的两根引脚中较长的为 正 极,较短的为 负 极(图15-2-15甲)。当电流由正极经过LED流向负极时,LED 发光 ,表明它处于导通状态;反之,电流不能从负极流向正极,此时LED不会 发光 (图乙)。所以,根据其 发光与否 可以判断电路中是否有电流及电流的方向。
图15-2-15
学点2 导体和绝缘体
1.导体: 容易导电 的物体叫作导体。如金属、人体、大地、石墨、食盐水溶液等都是导体。导体容易导电的原因是导体中存在 自由电荷 。如金属导体中存在 自由电子 ;酸、碱、盐溶液中存在离子。
2.绝缘体: 不容易导电 的物体叫作绝缘体。如橡胶、玻璃、塑料等都是绝缘体。绝缘体不易导电的原因是电荷束缚在原子、分子之中,不能 自由移动 。
[说明]导体和绝缘体没有绝对的界限,有些绝缘体在条件变化时,有可能变成 导体 。如:干燥的木棒是好的绝缘体,当变潮湿时会变成导体;玻璃在常温下是绝缘体,红炽状态下会变成导体。
学点3 电路的构成
[思考]一个完整的电路由哪些元件构成的呢
1.电路的概念:电路就是把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流可流过的路径。
2.电路的构成:一个完整的电路包括 电源 、 用电器 、 开关 和 导线 四种电路元件,缺一不可。图15-2-16是一个简单的电路。
图15-2-16
3.电路中各元件的作用(从能量的角度认识电路中各元件的作用)
(1)电源:提供 电能 的装置叫作电源。常见的电源有干电池、锂电池、蓄电池、学生电源、发电机等。
(2)用电器:消耗 电能 的元器件,把电能转化为其他形式的能。如电灯、电视机、手机、电冰箱、洗衣机等。
(3)开关:用来接通或断开电路,控制用电器工作,起控制电路的作用。
(4)导线:用来连接电路, 输送 电能。
学点4 电路图
1.元件符号
画图时如果把电源、用电器等元器件原样画出,既麻烦又不清楚。为了便于研究,人们通常用 符号 来表示这些元器件。
2.电路图
(1)用 符号 表示电路连接的图叫电路图。
(2)画电路图时,应注意以下几点:
①电路元件的符号要用统一规定的符号,不能自造符号。
②要注意所画符号和实物的 对应 性,如符号中开关的状态(断开或闭合)应与实物保持一致。
③合理安排电路元件符号,要均匀分布在电路中,不能画在拐角处(图15-2-17)。
图15-2-17
④电路图最好呈长方形,导线要横平竖直,尽量避免导线交叉,力求把电路图画得简洁、美观、大小比例适中。
⑤画电路图时,一般从电源的正极开始,沿 电流 的方向依次画出元件符号,并用导线连接起来。注意元件次序不能颠倒。
⑥元件要做好标注,如S、L等,同一电路中涉及多个相同元件,可加角标进行区别,如L1、L2等。
学点5 通路、断路、短路
1.通路:正常接通的电路,用电器能够工作的电路叫作通路。
2.断路:某处被 断开 、没有 电流 通过的电路。
常见的断路:开关断开、某处导线断、灯丝断或导线与接线柱接触不好等(图15-2-18)。
图15-2-18
3.短路
(1)电源短路
电源短路就是指直接用导线将电源正、负极连接起来(图15-2-19甲)。发生电源短路时,电路中有很大的 电流 ,用电器不能工作,会烧坏电源或导线的绝缘层,引起火灾。
图15-2-19
(2)用电器短路
①如图乙所示,导线接在 用电器 两端,闭合开关,电流不经过该用电器而经过 导线 直接流回电源负极,该用电器被短路,同时电源短路,该用电器 不能 (选填“能”或“不能”)工作。
②如图丙所示,有两个用电器依次连接在电路中,把导线接在一个用电器(L1)两端,电流不经过该用电器而经过 导线 流经另一个用电器(L2)回到电源负极,此时该用电器(L1)不能工作,被 短路 。
③演示实验——电路发生部分短路
图丁是由一个小灯泡、一个LED、两节干电池、一个开关组成的电路。闭合开关,小灯泡和LED发光。用一根导线接在小灯泡的两端,会看到小灯泡 熄灭 ,而LED还 发光 。说明电流经外加导线而绕过 小灯泡 回到电源,小灯泡被短路。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
