高中物理《电源和电流》教学设计

《电源和电流》教学设计
学科：物理
年级：高二年级
【教学内容】
《电源和电流》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“电路及其应用”主题下的内容，“电源和电流”这一节是电场与电路两部分知识相衔接的重要部分，本节主要内容是电流的产生和描述，共有三个知识点：电源、恒定电场、恒定电流。

电流概念是整个电路知识的最基本概念，从电流开始延伸到电阻、电功、电功率和电动势等概念以及电路结构、电路规律，正确理解电流概念是进一步学习电路知识的基础。

【教材分析】
教材首先分析导线内持续电流是怎么产生的，然后分析恒定电流是怎么形成的，进而说明怎样定量描述电流的强弱，最后从微观角度解释影响电流的因素。

教材内容安排从现象到本质，从定性到定量，层层递进。

【学情分析】
学生在初中已经学习了恒定电流的一些基本知识，知道将电池、导线和用电器连接形成闭合回路，电路中将产生稳定的电流，知道电流方向的规定，对电流的概念较为熟悉，但对电流的产生理解较浅，知道电荷的定向移动形成电流，但不理解为何电荷会定向移动。

学生已经基本掌握了学习物理的思维方法，例如模型建构法、类比法、比值法等等，在学习本节内容之前学生已经学习了静电场和静电平衡的知识，有了一定的电场基础。

因此教学时可在分析电路中恒定电场建立的基础上，结合金属微观结构模型，分析电子在导体内的运动情况。

【教学目标】
物理观念：通过实例对比，引导学生思考持续电流形成的原因，了解电源的作用，认识常见的电源；通过对比静电平衡条件，引导学生思考电路中的电场特点和电荷运动情况，了解导体中的恒定电场和恒定电流；通过实例分析，理解电流的定义，知道电流的单位。

科学思维：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，培养学生科学思维物理核心素养。

科学探究：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。

科学态度与责任：通过展示电池发展历史以及比亚迪刀片电池介绍，使他们了解现代前沿电源研究工作是研发体积更小、电容量更高、输出功率更高的电池，提高学生好奇心和求知欲，激发学生对科学的兴趣和热情，增强学生对国家自豪感和社会责任感。

正确处理废旧电池，培养学生保护坏境的意识。

正确使用实验仪器，引导学生形成严谨科学态度。

【教学方法】
小组讨论式和启发式教学法、情景探究教学、演示实验法
【教学重点】
从宏观表现和微观视角分析电流的形成
【教学难点】
恒定电流的产生及定义式中q的理解。

【教学准备】
教材、PPT、感应器电器、自制类比电流实验装置、简单电路测电流实验仪器、
【教学过程】
教学环节教师活动学生活动设计意图
情境创设
导入新课
电学已经改变了我们的生活方式，并且产生了
一个巨大的工程应用领域。

——塞格雷
播放城市夜空闪电
思考：电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发
出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而大夏的
招牌却能持续发光，这两种现象有哪些不同？
观察思考问题
从生活现象引
入激发学生兴趣
和思考，培养学
生科学思维，引
导学生关注自然
和生活。

讲授新课
装置类比
知识迁移一、电流的产生
演示实验1：模拟闪电，“制造”瞬时电流
思考：用前面学过的静电场知识来说明电火花
产生过程？
两个金属球积累大量的异种电荷，小球间产生
很强的电场，空气被电离，正负电荷定向移动形成
瞬时电流，电火花是电流的热效应形成的。

闪电原
理与电火花原理是一样的。

思考：将感应器电器带正、负电荷的两个导体
球，用一条导线H将它们连接起来，导线中会不会
有电流？这个电流是怎么形成的？
演示实验2：“模拟”瞬时电流
用自制教具类比，由于绿豆有高度差，在重力
作用下运动，最后没有高度差绿豆不在流动。

假设上面容器是带负电的小球，下面容器是带
正电的小球，导管是导线，绿豆是电子。

思考：分别将感应器电器带正、负电荷的两个导体
帮助老师一起
完成实验，思
考回答问题
运用类比的思
“模拟闪电”既
能消除学生对闪
电的神秘感，又
能激发学生的学
习兴趣，培养学
生运用学到的知
识分析、解决实
际问题的意识和
能力。

将抽象的电流用
类比的思想使其
直观形象
球用导线连起来，导线中电流是怎么形成的？
两个导体球带异种电荷，导线两端有电势差，导线中形成电场电子在电场力作用下发生定向移动，由于带负电小球失去电子，带正电的小球得到电子，电势差迅速消失，电子不在定向移动。

高度差是绿豆流动的原因；电势差是形成电流的原因。

讨论：电流的产生需要什么条件？
1、存在自由电荷
2、导体两端存在电势差
金属导体——自由电子电解液——正、负离子想引导学生用
静电场知识解
释导线中电流
为什么是瞬时
的
小组合作讨论
得出电流产生
的条件，并完
成导学案
培养学生创新意
识
装置类比
突
二、电源
想一想：根据电流的产生条件，如何在
导线中形成持续的电流？谁提供电势差？
演示实验3：“模拟”持续电流
回顾刚才的演示实验2，如何使绿豆持
续的流动起来？
思考：同学们在绿豆持续流动中起到了什么作
用？
搬运绿豆的作用。

当然两位同学无法搬运电荷，根据两位同学的
演示，如何使导线中形成持续电流？
给导线两端安装一个搬运电荷的装置
思考：我们把搬运电荷的装置叫做电源，那么
电源有什么作用？
学生思考回答
问题
学生演示如何
使绿豆持续流
动，并让多个
学生感受体验
理解同学搬运
绿豆可以使绿
豆持续流动，
类比引导学生
自己得出电源
定义和电源的
作用
列举生活中的
学生演示如何使
绿豆持续流动，
并让多个学生感
受体验，由学生
搬运绿豆使绿豆
持续流动受到启
发，在导线两端
安装一个搬运电
荷的装置引入电
源很好的解决了
电源的作用这个
难点。

知道电源
与我们生活息息
相关，了解现代
破难点
电源作用：把自由电子从正极搬到负极，保持
导体两端有电势差（电压），使导线中有持续的电
流。

电源与我们生活息息相关，那么我们生活中有
哪些电源？旧电池能不能随便丢弃？
电源，增强环
境保护的意识
前沿电源研究方
向，正确处理废
旧电池培养学生
科学责任，促进
学生可持续发
展。

阅读课本了解恒定电场
三、恒定电场
前面我们已经知道电子会在导线中定向移动，
是因为导线中有电场。

思考：在电路中，导线中的电场是有哪些电荷
激发的？导线中电场会不会随时间变化？
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。

恒定电场：由稳定分布的电荷产生稳定的电场
称为恒定电场。

知道电场力是
电子定向移动
的原因
阅读课本54
页恒定电场回
答问题
培养学生物理观
念，知道相互作
用观与运动观的
联系；以及通过
阅读获取信息的
能力，让学生了
解恒定电场中
“恒定”的意义
为动态平衡。

实验探究四、恒定电流
思考：导线中的电子在导线中如何运动？
电子在恒定电场作用下加速运动，但金属导体
中的原子实不动，电子与原子实撞击电子减速，然
后再加速，再减速，所以大量电子定向移动平均速
率保持不变。

思考：导线中的电流是否也不变呢？该如何探究？
学生分组实验：测电流，观察指针偏转方向和指针
偏转角度是否随时间变化。

思考回答问题
测量电流大
小，观察指针
偏转方向和指
针偏转角度是
否随时间变
提高学生学习物
理兴趣，把学生
要学的知识以实
验的形式展现出
来，分组实验培
养学生创造能
力、操作能力、
创设情境
定义电流
恒定电流：大小方向都不随时间变化的电流。

探究：更换电池个数会发现什么？
两次电流大小不一样，说明电流是有强弱的。

生活场景：交管部门需要根据不同时段道路车
流量，确定路口红绿灯的时长。

想一想：怎样描述车流量大小？
想一想：怎样描述电流大小？
1.电流
定义：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些
电荷量所用时间t的比值叫做电流。

用字母I表示。

物理意义:表示电流的强弱程度的物理量。

公式：
t
q
I=(比值定义式）
单位：安培，符号A。

μA
10
mA
10
A
16
3=
=
方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方
向。

电流是标量，电流运算不遵循平行四边形定
则，遵循代数运算。

化，完成导学
案。

学生通过类比
得出电流强弱
定义、表达式、
单位、方向，
理解电流是标
量
实验探究能力、
观察能力形成严
谨的科学态度
课堂任务一
如图所示的是电解池，在1s的时间内，有3C
的正离子和3C的负离子通过截面xy，则这个电路
中的电流大小是多
少？
学生思考作答
并请学生演示
计算过程
通过课堂任务一
解决学生在理解
横截面和怎么算
电荷量q上的难
点
拓展学习
推导电流微观表达式
2、电流微观表达式
既然电荷在定向移动，就存在移动速率的问
题，猜想电荷移动平均速率与下面那一幅图速率接
近？
构建模型：如图设导体的横截面积为S ，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v电子电荷量为e，推导电流与电子定
向移动平均速率关系。

【引导提问】
（1）设导体左端的自由电子到达右端需要时间为
t，则这段导体体积为：V=Svt
（2）总的电子数为：N=nSvt
（3）t时间内通过导体横截面总的电荷量为：
q=enSvt
（4）则电流为：
t
q
I =nesv
学生猜想电荷
定向移动速率
推导电流微观
表达式
引起学生思考和
兴趣，构建模型
进行科学推理，
演绎思维过程，
培养学生科学思
维，有助于学生
的对电流的形成
有深刻理解
课堂任务二一根横截面积的铜棒，两端电势差
为，铜棒的电阻，铜
单位体积内自由电子数为个。

求：
（1）电流的大小；
（2）自由电子定向移动的平均速率。

计算电子定向
移动的速率
从猜想到主动探
究到得出正确的
结论，虽然猜想
错误，但学生思
维能力得到提升
课后任务
电子定向移动平均速率很小，为什么打开开关
瞬间等就亮了呢？
思考引发学生思考，
为第二课时做铺
【教学反思】
1.本节课充分利用学生头脑中原有的知识经验，以这些知识和经验作为教和学的起点。

尝试利用水泵和电泵的相似性，通过类比的方法理解电源的作用。

尝试利用车流和电流的相
似性，经历电流概念的建立过程。

2.电流的微观表达是本课的难点。

需要建立柱体模型，通过问题引导，使学生逐步领会柱体模型建立的必要性、合理性及实用性。

3.在本节课的教学中，引问贯穿教学始终，在协助学生进行知识检索，激活已有的知识和策略的基础上，同时引发对新问题的思考，使学生感知到问题的存在，从而培养学生的问题意识，并由此产生一些怀疑、困惑、探索的心理状态，驱使个体积极思维，不断提出问题和解决问题。