2022年初中物理〈电源和电流〉教学设计 .pdf

第二章恒定电流全章教学设计全章教学内容分析本章介绍电路的基本概念和规律，在物理学发展史上，从静电到电流(动电 )有一个辩证的发展过程，从内容上来说，本章和上一章有着必然的内在联系。首先，电路中的电压概念就是静电学中的电势差，导体中的电场也是在静电场基础上引入的电流场(动态的恒定电场)，而自由电荷在导体中的定向移动，则简化为带电粒子在电场力作用下的定向移动。其次，无论电场还是电路，都共同遵守能量守恒这一物理学的基本规律。从电源、电动势、部分电路的电功和电热，到闭合电路欧姆定律、电源的总功率、 输出功率和内电路消耗的功率，都是能量守恒的具体体现。本章是电学实验的核心，教材提供了大量的探究性学习素材，为学生的自主学习和理解科学探究的基本方法创造了条件。本章设计了四个学生分组实验，即“测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)”“描绘小电珠的伏安特性曲线”“测定电源的电动势和内阻”和“练习使用多用电表”，除此以外，还设计了若干演示实验及课内外做一做、设计与探究、调查与分析等内容，供课堂内外灵活使用。课标要求1内容标准(1)观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用。(2)初步了解多用电表的原理。通过实际操作学会使用多用电表。例 1：以多用电表代替学生用电表进行各种电学实验。例 2：以多用电表为测量工具，判断二极管的正负极，判断大容量电容器是否断路或者漏电。(3)通过实验探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。(4)知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。(5)测量电源的电动势和内阻。(6)知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活和生产中的应用。例 3：观察常见电热器的结构，知道其使用要点。(7)通过实验观察门电路的基本作用。初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。(8)初步了解集成电路的作用。关注我国集成电路等元器件研究的发展情况。2活动建议(1)分别描绘电炉丝、小灯泡、 半导体二极管的IU 特性曲线， 对比它们导电性能的特点。(2)用光敏二极管和微型话筒制作楼道灯的光控声控开关。(3)收集新型电热器的资料，了解其发热原理。(4)制作简单的门电路。(5)利用集成块制作简单的实用装置。知识版块及知识结构电路基本概念(电流、电压、电阻、电源)电路基本结构(闭合电路与串、并联电路)电路基本规律 (部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律、电阻定律 )电路基本能量关系(电功与电热、焦耳定律、串、并联电路的功率分配、电源的总功率与输出功率)电路的基本应用(电学实验 )。知识结构图名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 教学目标1知识与技能(1)初步了解常见电路元件在电路中的作用。初步了解多用电表的原理。(2)知道电阻定律。知道焦耳定律，理解闭合电路欧姆定律。(3)知道电源的电动势和内电阻。(4)制作简单的门电路。利用集成块制作简单的实用装置。用光敏二极管和微型话筒制作楼道灯的光控、声控开关。(5)初步了解逻辑电路的基本原理以及在自动控制中的应用。初步了解集成电路的作用。通过实验，观察门电路的基本作用。2过程与方法(1)通过分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的IU 特性曲线，对比它们导电性能的特点。(2)通过实验，探究决定导线电阻的因素，探究并对比电阻测量的几种常用方法。(3)通过实验，探究闭合电路中电源内、外电压的变化规律，测量电源的电动势和内电阻。(4)收集新型电热器的资料，了解其发热原理。(5)通过观察常见电热器的结构，知道其使用要点。(6)观察并尝试识别常见的电路元件，通过实际操作学会使用多用电表。尝试以多用电表代替学生用电表进行各种电学实验。以多用电表为测量工具，判断二极管的正负极，判断大容量电容器是否断路或者漏电。3情感、态度与价值观(1)了解焦耳定律在生活、生产中的应用。(2)在探究决定导线电阻的因素和电源内、外电压的变化规律等的活动中产生研究电路知识的兴趣。(3)在电阻测量、多用电表的使用、测量电源的电动势和内电阻等实验活动中获得成功的体验。(4)关注我国集成电路以及元器件研究的发展情况，增强民族自豪感，立志为祖国富强而努力学习。(5)通过了解常见家用电器的电路构造和工作原理，体会电路知识在生活、生产中的重要作用。学情分析本章的电流、电阻、部分电路欧姆定律、焦耳定律、串联分压和并联分流等内容，与9名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - 年级电学内容有部分相近或重复，同时对重点内容在原有基础上有所加深，并拓展到一些新的物理规律， 如非纯电阻电路，在此基础上介绍闭合电路知识。这种安排一方面考虑到学生初中学过的电学知识时间较久，已有遗忘， 通过再现让他们感到熟悉，增强信心。 另一方面，这种螺旋式上升的安排有利于学生知识体系的构建，让学生在相近或重复中体会研究物理问题的科学方法。 实验方面， 学生在初中已有了电路连接和电表使用的一般技能，对电路设计和电学测量有了一定的知识和技能准备，便于电学实验教学的开展。教学要求与建议1注重知识间的内在联系，如能量主线、概念联系、电路结构、欧姆定律等等。利用知识的内在联系帮助学生建构知识体系。2强调类比方法，注重本章知识与生活、技术、社会的联系。教学中尽量体现“让物理走进生活”，让学生体会到物理就在我们身边、学习物理是有用的。要充分利用“做一做”“思考与讨论”“科学漫步”“说一说”等栏目，提高学生学习物理的兴趣，调动学生的参与热情。3充分利用教材中的探究题材，指导学生开展自主探究与合作探究。多让学生参与实验，了解物理知识和规律的获取过程和方法。课时分配建议1电源和电流1 课时2电动势1 课时3欧姆定律1 课时4串联电路和并联电路2 课时5焦耳定律1 课时6电阻定律1 课时7闭合电路的欧姆定律2 课时8多用电表2 课时9实验：测定电池的电动势和内阻1 课时10 简单的逻辑电路2 课时1 电源和电流整体设计教学分析学生在学习了第一单元的静电场后，对电场力做功、 电势、 电势能的概念已经有了较深刻认识， 此刻不失时机地引导学生认识恒定电场，符合学生心理特点。教材利用学生已经学过的等势体上电荷的分布和转移情况，引导学生分析恒定电场形成的过程，并引出了电源和恒定电流的定义和物理意义。教师引导学生分析思考，这样更能激发学生的求知欲和学习物理的兴趣。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名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 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。教学方法与手段课堂教学中， 采用教师引导学生分析，学生主动思考， 师生共同总结或加以点评的方法，既能发散学生的思维，调动学生的积极性，活跃课堂气氛， 又能减少学生学习物理的恐惧感。对于电源的作用这一难点通过类比的方法使学生更容易理解。课前准备教学媒体投影片，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1静电场的电场线，电势、电势差的有关知识。2初中电流的形成的有关知识。教学过程主要教学环节与事件：分任务、师生活动、设计说明。导入新课事件 1 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？通过现象对比，激发学生的求知欲。调动学生的学习积极性。结论：小灯泡电路中有电源。推进新课事件 2 教学任务：电源的作用。师生活动：投影下面的图片思考与讨论：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，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。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 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。事件 3 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 (如图所示 ) 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，如图所示。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，名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 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。事件 4 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，恒定电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。事件 5 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：Iqt。单位：国际单位：安培(A) ，1 A 1 C/s。常用单位：毫安(mA) 、微安 (A )。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。事件 6 教学任务：电流的应用。师生活动：1在金属导体中，若10 s内通过横截面的电荷量为10 C，则导体中的电流为_；结论：电流等于通过导体横截面的_跟通过这些 _所用的 _的比值。2关于电流的方向，下列叙述中正确的是() A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同电流方向与正电荷定向移动的方向_，与负电荷定向移动的方向_。3某电解槽横截面积为0.5 m2，若 10 s 内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为 1 C，则电解液中的电流为_。在电解液中，电荷量是通过截面的正、负离子电荷量绝对值_。答案： 1.1 A电荷量电荷量时间名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 2C相同相反30.2 A之和事件 7 教学任务：电流的微观表达式。问题引导：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。参考解释：在时间 t 内通过导体某截面的电荷量为：Q(vtS)nq 所形成的电流为：IQ/tnqSv。知识应用举例例题 1 有一条横截面积S 1 mm2的铜导线，通过的电流I 1 A。已知铜的密度 8.9103 kg/m3，铜的摩尔质量M6.4102 kg/mol ，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，电子的电荷量e 1.61019 C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。解： 设自由电子在导线内定向移动的速率是v 取一段导线 (如图 ) 导线左端的自由电子经过时间t 到达右端自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为t，则这段导线的长度为vt，体积为 vtS，质量为vtS 。这段导线中的原子数为n vtSMNA 可以认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子(一般条件下铜可视作一价元素)，则这段导线中的自由电子数目与铜原子的数目相等，也等于n。由于时间t 内这些电子全部通过右端横截面，因此通过横截面的电荷量是qne vtSMNAe 把这个式子代入Iqt，得 I vSNAeM从中解出 vIM SNAe代入数值后得v7.5105 m/s。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 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。课堂巩固与反馈事件 8 教学任务：形成性测试：学生独立完成。时间：5 分钟。1下列叙述中正确的有() A导体中电荷运动就形成电流B电流的单位是安C电流是一个标量，其方向是没有意义的D对于导体，如果两端电势差不为零，则电流一定不为零2关于电流，下列说法正确的是() A根据 Iqt可知 I 与 q 成正比B如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C电流有方向，电流是标量D电流的单位“安培”不是国际单位制3某电解质溶液， 如果在 1 s内共有 5.01018个二价正离子和1.0 1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大？答案： 1.B2.C3.3.2 A 课堂小结事件 9 教学任务：引导学生从知识、方法、情感的角度小结本节课的活动。认真总结概括本节内容，让学生把自己这节课的体会说出来，并进行比较， 看谁的更好，好在什么地方。布置作业1复习本节教材和笔记。2完成课本课后问题与练习。板书设计1电源和电流一、电源：使电路中保持连续的电流，能把电子从A 搬运到 B 的装置 P 就是电源。二、恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。三、恒定电流：恒定电场中的电流是恒定不变的，称为恒定电流。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。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 电流的定义式：Iqt，单位：安培(A) 、毫安 (mA) 、和微安 (A )。备课资料1怀表变卵石安培思考科学问题专心致志，据说有一次， 安培正慢慢地向他任教的学校走去，边走边思索着一个电学问题。经过塞纳河的时候，他随手拣起一块鹅卵石装进口袋。过一会儿，又从口袋里掏出来扔到河里。到学校后，他走进教室，习惯地掏怀表看时间，拿出来的却是一块鹅卵石。原来，怀表已被扔进了塞纳河。2马车车厢作 “黑板 ”还有一次， 安培在街上散步，走着走着，想出了一个电学问题的算式，正为没有地方运算而发愁。突然，他见到面前有一块“黑板”，就拿出随身携带的粉笔，在上面运算起来。那“黑板”原来是一辆马车的车厢背面。马车走动了，他也跟着走，边走边写；马车越来越快，他就跑了起来，一心一意要完成他的推导，直到他实在追不上马车了才停下脚步。安培这个失常的行动，使街上的人笑得前仰后合。追着马车做题享受思考快乐3“ 电学中的牛顿”安培将他的研究综合在电动力学现象的数学理论一书中， 成为电磁学史上一部重要的经典论著。 麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。安培还是发展测电技术的第一人，他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器，以后经过改进称电流计。安培在他的一生中，只有很短的时间从事物理工作，可是他却能以独特的、透彻的分析，论述通电导体的磁效应，因此我们称他是电动力学的先创者。名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -