第二章、恒定電流
第一節(jié)、導體中的電場和電流（1課時）
一、目標
（一）知識與技能
1．讓學生明確電源在直流電路中的作用，理解導線中的恒定電場的建立
2．知道恒定電流的概念和描述電流強弱程度的物理量---電流
3．從微觀意義上看電流的強弱與自由電子平均速率的關系。
（二）過程與方法
通過類比和分析使學生對電源的的概念、導線中的電場和恒定電流等方面的理解。
（三）情感態(tài)度與價值觀
通過對電源、電流的學習培養(yǎng)學生將物理知識應用于生活的生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究與日常生活有關的物理學問題。
三、重點與難點：
重點：理解電源的形成過程及電流的產(chǎn)生。
難點：電源作用的道理，區(qū)分電子定向移動的速率和在導線中建立電場的速率這兩個不同的概念。
四、過程
（一）先對本章的知識體系及意圖作簡要的概述
（二）新課講述----第一節(jié)、導體中的電場和電流
1．電源：
先分析課本圖2。1-1 說明該裝置只能產(chǎn)生瞬間電流（從電勢差入手）
【問題】如何使電路中有持續(xù)電流？（讓學生回答—電源）
類比：（把電源的作用與抽水機進行類比）如圖2—1，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之間用一細管連起來，則水在重力的作用下定向運動，從水池A運動到水池B。A、B之間的高度差很快消失，在這種情況下，水管中只可能有一個瞬時水流。
教師提問：怎攔才能使水管中有源源不斷的電流呢?
讓學生回答：可在A、B之間連接一臺抽水機，將水池B
中的水抽到水池A中，這樣可保持A、B之間的高度差，從而使水管中有源源不斷的水流。
歸納： 電源就是把自由電子從正極搬遷到負極的裝置。（從能量的角度看，電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置）
2．導線中的電場：
結合課本圖2。1-4分析導線中的電場的分布情況。
導線中的電場是兩部分電荷分布共同作用產(chǎn)生的結果，其一是電源正、負極產(chǎn)生的電場，可將該電場分解為兩個方向：沿導線方向的分量使自由電子沿導線作定向移動，形成電流；垂直于導線方向的分量使自由電子向?qū)Ь�某一側(cè)聚集，從而使導線的兩側(cè)出現(xiàn)正、負凈電荷分布。其二是這些電荷分布產(chǎn)生附加電場，該電場將削弱電源兩極產(chǎn)生的垂直導線方向的電場，直到使導線中該方向合場強為零，而達到動態(tài)平衡狀態(tài)。此時導線內(nèi)的電場線保持與導線平行，自由電子只存在定向移動。因為電荷的分布是穩(wěn)定的，故稱恒定電場。
通過“思考與討論”讓學生區(qū)分靜電平衡和動態(tài)平衡。
恒定電場：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定電場稱恒定電場。
3．電流（標量）
（1）概念：電荷的定向移動形成電流。
（2）電流的方向：規(guī)定為正電荷定向移動的方向。
（3）定義：通過導體橫截面的電量跟通過這些電量所用的時間的比值。定義式：
電流的微觀表示：
取一段粗細均勻的導體，兩端加一定的電壓，設導體中的自由電子沿導體定向移動的速率為v。設想在導體中取兩個橫截面B和C，橫截面積為S，導體中每單位體積中的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷帶的電量為q，則t時間內(nèi)通過橫截面C的電量Q是多少？電流I為多少？---引導學生推導
老師歸納：Q=nV=nvtSq I=Q/t=nvqS 這就是電流的微觀表示式。
（4）單位：安培（A），1 A =103mA = 106A
（5）電流的種類
① 直流電：方向不隨時間而改變的電流。直流電分為恒定電流和脈動直流電兩類：其中大小和方向都不隨時間而改變的電流叫恒定電流；方向不隨時間改變而大小隨時間改變的電流叫脈動直流電。
② 交流電：方向和大小都隨時間做周期變化的電流。
【問題】如何用圖象表示直流電和交流電？
分析課本例題（詳見課本，這里略）
通過例題分析讓學生把電流與導線內(nèi)自由電子的定向移動的速率聯(lián)系起來，同時說明定向移動的速率和在導線中建立電場的速率是兩個不同的概念。
（三）小結：對本節(jié)內(nèi)容做簡要小結
（四）鞏固新課：1、復習課本內(nèi)容
2、完成P43問題與練習：作業(yè)1、2，練習3。
第二節(jié)、電動勢（1課時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1．理解電動勢的的概念及定義式。知道電動勢是表征電源特性的物理量。
2．從能量轉(zhuǎn)化的角度理解電動勢的物理意義。
（二）過程與方法
通過類比的方法使學生加深對電源及電動勢概念的理解。
（三）情感態(tài)度與價值觀
了解生活中電池，感受現(xiàn)代科技的不斷進步
二、重點與難點：
重點：電動勢的的概念
難點：對電源內(nèi)部非靜電力做功的理解
三、教學過程：
（一）復習上課時內(nèi)容
要點：電源、恒定電流的概念
（二）新課講解-----第二節(jié)、電動勢
〖問題〗1。在金屬導體中電流的形成是什么？（自由電子）
2．在外電路中電流的方向？（從電源的正極流向負極）
3．電源是靠什么能力把負極的正電荷不斷的搬運到正極以維持外電路中恒定的電流？
結合課本圖2。2-1，講述“非靜電力”，
利用右圖來類比，以幫助學生理解電路中的能量問題。當水由A池流入B池時，由于重力做功，水的重力勢能減少，轉(zhuǎn)化為其他式的能。而又由于A、B之間存在高度差，故欲使水能流回到A池，應克服重力做功，即需要提供一個外力來實現(xiàn)該過程。抽水機就是提供該外力的裝置，使水克服重力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為水的重力勢能。重力做功、克服重力做功以及重力勢能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化，學生易于理解和接受，在做此鋪墊后，電源中的非靜電力的存在及其作用也就易于理解了。
兩者相比，重力相當于電場力，重力做功相當于電場力做功，重力勢能相當于電勢能，抽水機相當于電源。從而引出—
1．電源（更深層的含義）
（1）電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置。
（2）非靜電力在電源中所起的作用：是把正電荷由負極搬運到正極，同時在該過程中非靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能。
【注意】在不同的電源中，是不同形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。
再與抽水機類比說明：在不同的電源中非靜電力做功的本領不同---引出
2．電動勢
（1）定義：在電源內(nèi)部，非靜電力所做的功W與被移送的電荷q的比值叫電源的電動勢。
（2）定義式：E=W/q
（3）單位：伏（V）
（4）物理意義：表示電源把其它形式的能（非靜電力做功）轉(zhuǎn)化為電能的本領大小。電動勢越大，電路中每通過1C電量時，電源將其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能的數(shù)值就越多。
【注意】：① 電動勢的大小由電源中非靜電力的特性（電源本身）決定，跟電源的體積、外電路無關。
②電動勢在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時，電源兩極間的電壓。
③電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C電量的正電荷在電源內(nèi)從負極移送到正極所做的功。
3．電源（池）的幾個重要參數(shù)
①電動勢：它取決于電池的正負極材料及電解液的化學性質(zhì)，與電池的大小無關。
②內(nèi)阻（r）:電源內(nèi)部的電阻。
③容量：電池放電時能輸出的總電荷量。其單位是：A?h，mA?h.
【注意】：對同一種電池來說，體積越大，容量越大，內(nèi)阻越小。
（三）小結：對本節(jié)內(nèi)容做簡要小結
（四）鞏固新課：1、復習課本內(nèi)容
2、完成P46“問題與練習”：練習1-3
3．調(diào)查常用可充電電池：
建議全班分成若干個小組，對可充電電池進行調(diào)查，寫出調(diào)查報告，然后在全班交流和評比。
第三節(jié)、歐姆定律（2課時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1、理解電阻的概念，明確導體的電阻是由導體本身的特性所決定
2、要求學生理解歐姆定律，并能用來解決有關電路的問題
3、知道導體的伏安特性曲線，知道什么是線性元件和非線性元件
（二）過程與方法
教學中應適當?shù)叵驅(qū)W生滲透一些研究物理的科學方法和分析的正確思路如通過探索性實驗去認識物理量之問的制約關系，用圖象和圖表的方法來處理數(shù)據(jù)、總結規(guī)律，以及利用比值來定義物理量的方法等。
（三）情感態(tài)度與價值觀
本節(jié)知識在實際中有廣泛的應用，通過本節(jié)的學習培養(yǎng)學生聯(lián)系實際的能力
二、重點：正確理解歐姆定律及其適應條件
三、難點：對電阻的定義的理解，對I-U圖象的理解
四、教具：電流表、電壓表 、滑動變阻器、開關、電阻、導線、電池組、小燈泡等
五、教學過程：
（一）復習上課時內(nèi)容
要點：電動勢概念，電源的三個重要參數(shù)
（二）新課講解-----第三節(jié)、歐姆定律
問題：電流強度與電壓究竟有什么關系？這可利用實驗來研究。
1、歐姆定律
演示：如圖，方法按P46演示方案進行
閉合S后，移動滑動變阻器觸頭，記下觸頭在不同位置時電壓表和電流表讀數(shù)。電壓表測得的是導體R兩端電壓，電流表測得的是通過導體R的電流，記錄在下面表格中。
U/V
I/A
把所得數(shù)據(jù)描繪在U-I直角坐標系中，確定U和I之間的函數(shù)關系。
分析：這些點所在的圖線包不包括原點？包括，因為當U=0時，I=0。這些點所在圖線是一條什么圖線？過原點的斜直線。即同一金屬導體的U-I圖象是一條過原點的直線。
把R換成與之不同的R，重復前面步驟，可得另一條不同的但過原點的斜直線。
結論：同一導體，不管電流、電壓怎么樣變化，電壓跟電流的比值是一個常數(shù)。這個比值的物理意義就是導體的電阻。 引出-------
（1）、導體的電阻
①定義：導體兩端電壓與通過導體電流的比值，叫做這段導體的電阻。
②公式：R=U/I（定義式）
說明：A、對于給定導體，R一定，不存在R與U成正比，與I成反比的關系，R只跟導體本身的性質(zhì)有關
B、這個式子（定義）給出了測量電阻的方法——伏安法。
C、電阻反映導體對電流的阻礙作用
③單位：歐姆，符號Ω，且1Ω=1V／A，常用單位：Ω、kΩ 、MΩ
換算關系：1kΩ=103Ω 1MΩ=103KΩ
（2）．歐姆定律
①定律內(nèi)容：導體中電流強度跟它兩端電壓成正比，跟它的電阻成反比。
②公式：I=U/R
③適應范圍：一是部分電路，二是金屬導體、電解質(zhì)溶液
2、導體的伏安特性曲線
（1）伏安特性曲線：用縱坐標表示電流I，橫坐標表示電壓U，這樣畫出的I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線。
（2）線性元件和非線性元件
線性元件：伏安特性曲線是通過原點的直線的電學元件。
非線性元件：伏安特性曲線是曲線，即電流與電壓不成正比的電學元件。
3、分組實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線（第2課時）
按P48實驗要求進行，電路改為分壓電路
分發(fā)方格紙，讓學生把實驗數(shù)據(jù)列表，并在坐標紙中建立坐標系后做出圖象
要求至少測6個點以上
【說一說】P48
（三）小結：對本節(jié)內(nèi)容做簡要小結
（四）鞏固新課：1、復習課本內(nèi)容
2、完成P48問題與練習：作業(yè)1、3，練習2。
第四節(jié)、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路（2課時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1．進一步學習電路的串聯(lián)和并聯(lián)，理解串、并聯(lián)電路的電壓關系、電流關系和電阻關系，并能運用其解決有關關問題。
2．進而利用電路的串、并聯(lián)規(guī)律分析電表改裝的原理。
（二）過程與方法
通過復習、歸納、小結把知識系統(tǒng)化。
（三）情感態(tài)度與價值觀
通過學習，學會在學習中靈活變通和運用。
三、重點與難點：
重點：教學重點是串、并聯(lián)電路的規(guī)律。
難點：難點是電表的改裝。
四、教學過程：
（一）復習上課時內(nèi)容
要點：歐姆定律、電阻概念、導體的伏安特性曲線。
（二）新課講解-----第四節(jié)、串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
1．串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
先讓學生回憶初中有關這方面（串、并聯(lián)電路的規(guī)律）的問題，然后讓學生自學，在此基礎上，讓學生將串聯(lián)和并聯(lián)加以對比，學生容易理解和記憶。
老師點撥：一是要從理論上認識串、并聯(lián)電路的規(guī)律，二是過程分析的不同，引入電勢來分析。從而讓學生體會到高中和初中的區(qū)別，也能讓學生易于理解和接受。
學生自己先推導有關結論，老師最后歸納小結得出結論：（并適當拓展）
（1） 串聯(lián)電路
①電路中各處的電流強度相等。I=I1=I2=I3=…
②電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端電壓之和U=U1+U2+U3+…
③串聯(lián)電路的總電阻，等于各個電阻之和。R=R1+R2+R3+…
④電壓分配：U1/R1=U2/R2 U1/R1=U/R
⑤n個相同電池（E、r）串聯(lián)：En = nE rn = nr
（2）并聯(lián)電路
①并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等。U=U1=U2=U3=…
②電路中的總電流強度等于各支路電流強度之和。I=I1+I2+I3+…
③并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)，等于各個電阻的倒數(shù)之和。
1/R=1/R1+1/R2+1/R3+ 對兩個電阻并聯(lián)有：R=R1R2/（R1+R2）
④電流分配：I1/I2=R1/R2 I1/I=R1/R
⑤n個相同電池（E、r）并聯(lián)：En = E rn =r/n
再由學生討論下列問題：
①幾個相同的電阻并聯(lián)，總電阻為一個電阻的幾分之一；
②若不同的電阻并聯(lián)，總電阻小于其中最小的電阻；
③若某一支路的電阻增大，則總電阻也隨之增大；
④若并聯(lián)的支路增多時，總電阻將減��；
⑤當一個大電阻與一個小電阻并聯(lián)時，總電阻接近小電阻。
另外應讓學生明確：串聯(lián)和并聯(lián)的總電阻是串聯(lián)和并聯(lián)的等效電阻，電阻R的作用效果與R1、R2串聯(lián)使用或并聯(lián)使用時對電路的效果相同，如教材圖2．4—3和2．4—4所示。分析電路時要學會等效。
引導學生分析問題與練習：1題 -------第1課時
2．電壓表和電流表 ----串、并聯(lián)規(guī)律的應用
常用的電壓表和電流表都是由小量程的電流表G（表頭）改裝而成。
（1）表頭G：
構造（從電路的角度看）：表頭就是一個電阻，同樣遵從歐姆定律，與其他電阻的不同僅在于通過表頭的電流是可以從刻度盤上讀出來的。
原理：磁場對通電導線的作用P98（為后續(xù)知識做準備）
（2）描述表頭的三個特征量（三個重要參數(shù)）④
①內(nèi)阻Rg：表頭的內(nèi)阻。
②滿偏電流Ig：電表指針偏轉(zhuǎn)至最大角度時的電流（另介紹半偏電流）
③滿偏電壓Ug：電表指針偏轉(zhuǎn)至最大角度時的電壓，與滿偏電流Ig的關系Ug=IgRg，因而若已知電表的內(nèi)阻Rg，則根據(jù)歐姆定律可把相應各點的電流值改寫成電壓值，即電流表也是電壓表，本質(zhì)上并無差別，只是刻度盤的刻度不同而已。
通過對P52的“思考與討論”加深這方面的認識。
（3）表頭的改裝和擴程（綜合運用串、并聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律）
關于電表的改裝要抓住問題的癥結所在，即表頭內(nèi)線圈容許通過的最大電流(Ig)或允許加的最大電壓(Ug)是有限制的。
讓學生討論，推導出有關的公式：要測量較大的電壓(或電流)怎么辦?通過分析，學生能提出利用電阻來分壓(或分流)。然后提出：分壓(或分流)電阻的阻值如何確定?
通過例1、2的分析、講解使學生掌握計算分壓電阻和分流電阻的方法---最后引導學生自己歸納總結得出一般公式。
（三）小結：對本節(jié)內(nèi)容做簡要小結
（四）鞏固新課：1、復習課本內(nèi)容
2、完成P48問題與練習：作業(yè)4、5，練習2、3。
第五節(jié)、焦耳定律（1課時）
一、教學目標
（一）知識與技能
1．理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。了解實際功率和額定功率。
2．了解電功和電熱的關系。了解公式Q=I2Rt（P=I2R）、Q=U2t/R（P=U2/R）的適應條件。
3．知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關系，電功大于電熱。
4．能運用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點解決簡單的含電動機的非純電阻電路問題。
（二）過程與方法
通過有關實例，讓學生理解電流做功的過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程。
（三）情感態(tài)度與價值觀
通過學習進一步體會能量守恒定律的普遍性。
三、重點與難點：
重點：區(qū)別并掌握電功和電熱的計算。
難點：主要在學生對電路中的能量轉(zhuǎn)化關系缺乏感性認識，接受起來比較困難。
四、教學過程：
（一）復習上課時內(nèi)容
要點：串、并聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律及綜合運用 。
提出問題，引入新課
1．通過前面的學習，可知導體內(nèi)自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動，電場力對定向移動的電荷做功嗎？（做功，而且做正功）
2．電場力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能，舉出一些大家熟悉的例子：電能→機械能，如電動機。電能→內(nèi)能，如電熱器。電能→化學能，如電解槽。
本節(jié)課將重點研究電路中的能量問題。
（二）新課講解-----第五節(jié)、焦耳定律
1．電功和電功率
（1）．電功
定義：電路中電場力對定向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。用W表示。
實質(zhì)：是能量守恒定律在電路中的體現(xiàn)。即電流做功的過程就是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，在轉(zhuǎn)化過程中，能量守恒，即有多少電能減少，就有多少其他形式的能增加。
【注意】功是能量轉(zhuǎn)化的量度，電流做了多少功，就有多少電能減少而轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少，這是電路中能量轉(zhuǎn)化與守恒的關鍵。
在第一章里我們學過電場力對電荷的功，若電荷q在電場力作用下從A搬至B，AB兩點間電勢差為UAB，則電場力做功W=qUAB。
對于一段導體而言，兩端電勢差為U，把電荷q從一端搬至另一端，電場力的功W=qU，在導體中形成電流，且q=It，（在時間間隔t內(nèi)搬運的電量為q，則通過導體截面電量為q，I=q/t），所以W=qU=IUt。這就是電路中電場力做功即電功的表達式。
表達式：W = Iut ①
【說明】：①表達式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流強度和通電時間成正比。
②適用條件：I、U不隨時間變化——恒定電流。
單位：焦耳（J）。1J=1V?A?s
（2）電功率
①定義：單位時間內(nèi)電流所做的功
②表達式：P=W/t=UI（對任何電路都適用）②
上式表明：電流在一段電路上做功的功率P，和等于電流I跟這段電路兩端電壓U的乘積。
③單位：為瓦特（W）。1W=1J/s
④額定功率和實際功率
額定功率：用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓，在這個電壓下消耗的功率稱額定功率。
實際功率：用電器在實際電壓下的功率。實際功率P實=IU，U、I分別為用電器兩端實際電壓和通過用電器的實際電流。
這里應強調(diào)說明：推導過程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質(zhì)，電功和電功率的表達式對任何電壓、電流不隨時間變化的電路都適用。再者，這里W=IUt是電場力做功，是消耗的總電能，也是電能所轉(zhuǎn)化的其他形式能量的總和。
電流在通過導體時，導體要發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這就是電流的熱效應，描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。
學生一般認為，W=IUt，又由歐姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，電流做這么多功，放出熱量Q=W=I2Rt。這里有一個錯誤，可讓學生思考并找出來。
錯在Q=W，何以見得電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量？有無可能同時轉(zhuǎn)化為其他形式能？
英國物理學家焦耳，經(jīng)過長期實驗研究后提出焦耳定律。
2．焦耳定律——電流熱效應
（1）焦耳定律
內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量，跟電流強度的平方、導體電阻和通電時間成正比。
表達式： Q=I2Rt ③
【說明】：對純電阻電路（只含白熾燈、電爐等電熱器的電路）中電流做功完全用于產(chǎn)生熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故電功W等于電熱Q；這時W= Q=UIt=I2Rt
（2）熱功率：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量。即P=Q/t=I2R ④
【注意】②和④都是電流的功率的表達式，但物理意義不同。②對所有的電路都適用，而④式只適用于純電阻電路，對非純電阻電路（含有電動機、電解槽的電路）不適用。
關于非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化，電能除了轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機械能、化學能等。這時W 》Q。即W=Q+E其它 或P =P 熱+ P其它、UI = I2R + P其它
引導學生分析P56例題（從能量轉(zhuǎn)化和守恒入手）如圖
再增補兩個問題（1）電動機的效率。（2）若由于某種原因電動機被卡住，這時電動機消耗的功率為多少？
最后通過“思考與討論”以加深認識。注意，在非純電阻電路中，歐姆定律已不適用。
（三）小結：對本節(jié)內(nèi)容做簡要小結。并比較UIt和I2Rt的區(qū)別和聯(lián)系，從能的轉(zhuǎn)化與守恒的角度解釋純電阻電路和非純電阻電路中電功和電熱的關系。在純電阻電路中，電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，故電功W等于電熱Q；在非純電阻電路中，電能的一部分轉(zhuǎn)化為電熱，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能(如機械能、化學能)，故電功W大于電熱Q。
（四）鞏固新課：
1、復習課本內(nèi)容
2、完成P57問題與練習：作業(yè)2、4，練習1、3、5。建議在對1的證明后，把相應的結論歸入串、并聯(lián)電路的規(guī)律中。
補充練習：某一用直流電動機提升重物的裝置如上圖所示，重物質(zhì)量m=50kg，電源提供恒定電壓U=110V，不計各處摩擦，當電動機以v=0.90m／s的恒定速度向上提升重物時，電路中電流強度I=5A，求電動機線圈電阻R（g=10m／s2）。（4Ω）
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