《电源和电流》教学设计

陈金孚

教学目标：

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。

4.通过对电源、电流的学习，学生学会类比理解电动势，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。

教学重点难点及突破：重点理解电源的形成过程及电流的产生，会灵活运用公式计算电流的大小。本节课把电源与抽水机进行类比解决了电源的作用这个难点。

教学媒体：投影片，多媒体课件，电闪雷鸣的视频，静电图片，小灯泡发光的简单电路。

知识准备：静电场的电场线，电势、电势差的有关知识、初中电流的形成的有关知识。

教学任务：创设情景，导入新课。

师生活动：展示雷鸣电闪的视频。演示小灯泡发光的实验。

观察并讨论：为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间，而电路中的小灯泡却能持续发光？

结论：小灯泡电路中有电源。

新课教学任务：电源的作用。

师生活动：投影图片（见大屏幕）思考与讨论：

分别带正、负电荷的A、B两个导体球，如果用一条导线将它们连接起来，A、B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会达到什么状态？导线中能否出现电流？这个电流有什么特点？

结论：最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态，导线中的电流只能是瞬时的。

思维拓展：如何使电路中有持续电流？

类比：如图（见大屏），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流动到水池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。

思考与讨论：怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？

结论：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。

思维拓展：电源的作用与抽水机相似就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置，使得导体两端保持电势差（电压），电路中就会有持续的电流。

结论：电源能使电路中产生持续电流。

教学任务：导线中的电场

师生活动、问题引导：在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点呢？

投影、介绍图中各部分的意义，取出图中方框中的一小段导线及电场线放大后进行研究，如图（见大屏）。

讨论与交流：导线中的电场将如何变化，最终又会达到怎样的状态？

参考解释：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做定向移动，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。其二是这些感应电荷产生附加电场，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，自由电子只会在导体中定向移动。

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。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。

结论：由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称恒定电场。

教学任务：恒定电流

师生活动：问题引导：在恒定电场中自由电荷会受到电场力的作用，而发生定向运动，从而形成电流，恒定電场中的电流有何特点呢？

参考解释：由于恒定电场的作用，导体中自由电荷定向运动的速率增加，而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。如果我们在这个电路中串联一个电流表，电流表的读数保持恒定。

总结与归纳：恒定电场中的电流是恒定不变的，大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。

教学任务：电流强弱的描述——电流。

师生活动：问题引导：如何表示恒定电流的强弱呢？

电流的定义：物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流。用I表示电流。

电流定义式：I=q/t。单位：国际单位：安培（A），1 A=1 C/s。常用单位：毫安（mA）、微安（μA）。

电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。

思维拓展：（1）电流是标量；（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反；（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。导电时，电荷量q表示通过截面的正、负离子电荷量绝对值之和。

教学任务：电流的应用；电流的微观表达式。

问题引导：如图所示（师投影）在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v。请你用以上物理量表示电流I。

思维拓展：你认为计算出的电子定向运动速率与我们的生活经验是否相符？怎样解释？

结论：电子的定向运动速率与导线中电场的速率不同。

（作者单位：江苏省淮安市第一中学）