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电路、电流和电压
第四节　电流及其测量
教 材 解 读 　“电流及其测量”是初中物理电学部分的重要内容,承接之前所学电荷、电路基础知识,为后续电压、电阻、欧姆定律以及电功率奠定基础。它是从电路的初步认识,深入到对电路中关键物理量的研究,在整个电学知识体系中起承上启下的关键作用,帮助学生建立起对电学定量分析的思维,培养学生的科学探究能力和实验操作技能,对学生理解日常生活中的用电现象具有重要意义。 　本节内容主要包括三部分:第一,从电荷的定向移动引入电流概念,用类比的方法建立电流概念,通过类比法,把抽象的电流形象化,帮助学生理解电流的形成过程,知道电流的单位及其换算;第二,详细介绍电流表的构造、使用方法和读数规则,熟练掌握电流表的使用规则;第三,实验探究串、并联电路中电流的规律,这是教材的重点实验内容,实验过程中培养学生的观察能力、数据处理能力和归纳总结能力。
学 习 目 标 物理观念 　1.知道电荷定向移动形成电流,电流的符号是I,知道把正电荷定向移动的方向规定为电流方向。 　2.知道电源外部的电流从电源的正极流向负极。 　3.知道电流的国际单位是安培,符号为A,会进行安、毫安、微安之间的单位换算。 　4.了解一些常见的用电器正常工作时的电流值。 　5.知道电流表的作用、符号,能够辨认表盘量程和分度值。 　6.知道串联电路中电流处处相等,并联电路中干路电流等于各支路电流之和。
科学思维 　1.通过水流类比电流,将抽象的电流概念形象化,助力理解电流的形成和电路,体会类比的思维方法。 　2.探究串、并联电路电流规律时,依据实验数据和现象,归纳总结出串、并联电路中的电流规律,培养学生的逻辑推理能力。 　3.构建简单电路模型,分析其中电流的路径、大小变化,解决实际问题,如判断电流表测量的是哪部分电路电流,初步体会模型建构的物理方法。
科学探究 　1.能够独立操作、正确使用电流表测量电路中电流。 　2.通过探究活动,动手使用电流表测量电流,并总结得出串联电路和并联电路的电流特点。
科学态度 与责任 　在实验中尊重实验事实和数据,不篡改数据,若实验结果与预期不符,能冷静分析原因,重新检查实验过程,养成实事求是的科学态度。 　在连接电路、使用电流表测量电流时,严格按照操作规范进行,培养严谨的科学态度。 　认识到电流的危险性,了解安全用电常识,在日常生活中养成安全用电的习惯。
重点 难点 　重点:电流的单位及换算、正确使用电流表测量电路中的电流。 　难点:使用电流表测量串、并联电路中的电流,总结串、并联电路中的电流规律。
教 学 建 议 　用电流表测量电流,应通过实验器材操作演示让学生学习规范的操作,有时间和条件的可以让学生动手练习,以达到增强记忆、加深印象和提高兴趣的效果。 　本节教材有三个要点,即怎样表示电流的强弱,怎样连接电流表(侧重点是实验操作技能),电流表怎样读数(重点是电流表读数方法)。对电流这个物理量的认识是教学的第一个难点。学生对电路的认识仅限于简单电路,但电流表有三个接线柱,既要考虑量程的选择,又要考虑电流的方向。所以,把电流表连入电路和正确读数是第二个教学难点。所以教师先要作好示范,然后有步骤地安排学生去模仿并从中发现存在的问题以及训练学生对常见问题的处理方法。
备课 资料 　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 演示实验引入:验电器A带电,B不带电,用带有绝缘手柄的金属棒将验电器A和B的金属球连接,观察现象 思考原因 现象:验电器A箔片张角变小,验电器B箔片张开。 说明:有电荷通过金属棒发生定向移动。 思考问题,进入情境 实验情境引入,激发学生兴趣。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
【新课教学】 探究点一:电流 根据引入直接给出:自由电荷定向移动形成电流。 播放如图所示动画:水流通过水轮机,能使水轮机转动起来,把水流的动能转化成水轮机的机械能输送出去。与此类似,灯泡为什么会发光 就是因为有电流流过灯丝,才能不停地把电能转化成光能。 学生阅读科学窗了解自由电子,理解金属导体中的电流,实际上是带负电的自由电子定向移动形成的。 教师介绍在一般情况下,负电荷沿某一方向运动产生的效应和等量正电荷向相反方向运动产生的效应是一样的。所以规定:正电荷的定向移动方向为电流的方向。 教师演示如图所示实验:当闭合开关时灯泡发光,说明有电流流过灯泡,电流从电源的正极流出,经过用电器,流向电源的负极。如果增加电池数灯泡会变亮,说明电流有强弱之分。 电流:表示电流强弱的物理量,符号I。 国际单位:安培,符号A;常用单位:毫安(mA)、微安(μA)。 电流单位换算关系:1 A=1000 mA;1 mA=1000 μA。 学生观察、思考,类比水流形成原因学习电流的形成 学生思考互动,进行实验探究,讨论回答 利用学生熟悉的事物类比学习,帮助学生实现知识的迁移。 实验激发兴趣,问题引导思考,在实验和思考中提高思维和科学素养。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
学生看表,了解生活中常见电流的大小: 用电器电流用电器电流液晶显示计算器约1.3×10-4 A家用电视机0.3~1 A小型发光二极管约0.01 A家用电冰箱0.5~1 A电风扇0.1~0.3 A家用洗衣机1~6 A
过渡:一台电风扇工作的电流到底是多少呢 我们怎么测量呢 探究点二:电流表 　　教师给出:电流有大小之分,物理上利用电流表测量电流大小。 图甲是实验室常用的电流表,引导学生观察认识它的结构。明确它有两个量程,一个是“0~0.6 A”,分度值是0.02 A,另一个是“0~3 A”,分度值是0.1 A;有三个接线柱,使用时必须把电流表串联在电路中,让电流从电表的正接线柱流入,从负接线柱流出;当接“-”“0.6”接线柱时,读下面的标度“0~0.6”;当接“-”“3”接线柱时,读上面的标度“0~3”。不管读哪个标度,都要先搞清楚分度值是多少。 强调使用时要注意: (1)使用前要调零; (2)电流“正入负出”; (3)电流表串联接入电路; (4)电流表不允许不经过用电器直接接在电源两端,否则会因电流过大烧坏电流表; (5)在实际测量前,通过试触选量程。 回答问题、思考交流 学生观察、讨论、交流 学生观察结构,认识各结构的作用,理解使用方法 通过同学互动和实验研究,培养合作能力和研究问题的能力。 通过练习熟悉电流表的使用方法和读数。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
学生两人一组练习使用电流表测量通过灯泡的电流大小,并练习读出电流表的示数。 探究点三:探究电路中电流的关系 学生探究实验:利用电流表探究串联电路中电流的关系;探究并联电路中干路电流和支路电流的关系。 提问:如图所示甲、乙两个电路图,在串联电路中,A、B、C三处的电流大小有什么关系 在并联电路中,a、b、c、d各处的电流大小有什么关系 猜想结果:让学生把猜想的结果记录下来。 设计方案:用电流表分别测量各处的电流,先画电路图,再连接实物,设计记录数据的表格。 串联电路IA=IB=IC=结论:并联电路Ia= Id=Ib=Ic=结论:
学生实验探究:充分发挥学生自己的主动性,让学生独立操作、记录数据,归纳总结结论。 学生根据数据分析得出串联电路中电流处处相等,并联电路中干路电流等于各支路电流之和。 课堂小结 1.你学到了哪些物理知识 2.你学会了哪些研究问题的方法 学生合作实验 学生合作进行实验探究 学生从知识、方法、情感各方面对本节课进行总结 通过问题引导学生进行研究,探究总结结论 实验激发兴趣,问题引导思考,在实验和思考中提高思维和科学素养。
学点1　电流和电流的方向
观察图11-4-8所示图片,思考并回答下列问题:
图11-4-8
问题1:如图甲所示,A带电,B不带电,如图乙所示,用带绝缘柄的金属棒把A和B的金属球连接起来,验电器B的金属箔张开,表明验电器B　带了电　,说明有电荷通过金属棒从A流向了B,即金属棒上有　电流　通过。
阅读教材P58~P59,观察图11-4-9,思考并回答下列问题:
图11-4-9
问题2:可以自由运动的电荷叫作　自由电荷　,金属导体中的自由电荷就是　自由电子　。
问题3:自由电荷的　定向移动　形成了电流,电流流过用电器时做功就会把电源的　电　能转化为　其他形式的能　。
问题4:人们规定　正　电荷定向移动的方向为电流的方向,在一个闭合电路中,电流从电源的　正　极流出,经过用电器,流向电源的　负　极。
问题5:电流的符号是　I　,国际单位是　安培　,简称　安　,用符号　A　表示。另外,电流的单位还有　毫安(mA)　、　微安(μA)　。
问题6:日常生活中,家用电冰箱正常工作时的电流约为　0.5~1　A,家用电视机正常工作时的电流约为　0.3~1　A,家用洗衣机正常工作时的电流约为　1~6　A。
学点2　电流表
观察图11-4-10所示两幅图片,思考并回答下列问题:
图11-4-10
问题1:电流表是测量电路中　电流大小　的仪表,它在电路图中的符号为 　。
问题2:观察电流表,它有三个接线柱,分别标有“-”“0.6”和“3”,表示它有两个量程,分别为　0~0.6 A　和　0~3 A　。在使用时,标有“-”的接线柱要与电源　负　极引出的导线相连,另两个接线柱可以根据情况选用一个和电源　正　极引出的导线相连。
问题3:按照0~0.6 A的量程读数时,每个小格代表　0.02　A,按照0~3 A的量程读数时,每个小格代表　0.1　A,它们是　5　倍关系,如果读错量程,乘5或者除以5即可得出正确读数。
问题4:电流表的使用需注意以下几点。
(1)使用前,首先要把指针调节到　“0”　的位置。
(2)电流表必须　串　联在电路中。
(3)　绝对不能　(选填“能”或“绝对不能”)直接把电流表接在电源的正、负极上。
(4)在不明确待测电流的大小时,可以用　0~3 A　的量程试触,再决定用哪个量程。
(5)读数时,视线应与表盘垂直,如图11-4-11甲、乙所示电流表的示数分别为　0.36 A　和　1.5 A　。
图11-4-11
学点3　探究串、并联电路中电流的关系
实验1:按照如图11-4-12所示电路图连接串联电路实物图(两灯泡规格不同),分别用电流表测出通过A、B、C三点的电流,记入表格中。
图11-4-12　　　　
A点电流/A B点电流/A C点电流/A
第一次测量 1.2 1.2 1.2
第二次测量 1.3 1.3 1.3
第三次测量 1.1 1.1 1.1
总　结:在串联电路中,　电流处处相等　,表达式为　I=I1=I2　。
实验2:按照如图11-4-13所示电路图连接并联电路实物图,分别用电流表测出通过a、b、c、d四点的电流,记入表格中。
图11-4-13　　　
a点电流/A b点电流/A c点电流/A d点电流/A
第一次测量 2.5 1.2 1.3 2.5
第二次测量 2.4 1.3 1.1 2.4
第三次测量 2.4 1.2 1.2 2.4
总　结:在并联电路中,　通过干路的电流等于各支路电流之和　,表达式为　I=I1+I2　。
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电路、电流和电压
第四节　电流及其测量
方式一　【实验导入】
如图11-4-1所示,同一只灯泡,第一次用导线将其和一节干电池连接,第二次用导线将其和两节串联干电池连接。猜想一下,小灯泡的亮度会发生变化吗 实际做一做,观察这两种情况下,小灯泡的亮度有什么不同,你认为这是什么原因造成的(可能是电流不同造成的) 什么是电流 电流是怎样形成的 怎样测量电流呢 引入新课。
图11-4-1
方式二　【情境导入】
多媒体展示图片(如图11-4-2所示)。
图11-4-2
导入语:电流看不见、摸不着,怎样认识它呢 我们都知道,从水龙头中流出的水流有大小之分,同样电路中的电流也有强弱之分,本节我们就来研究电流的强弱。(运用类比法,将电流与水流类比,如图11-4-2所示,学生容易理解)引入新课。
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、车流、人流类比,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11-4-3所示,将电流的形成和水流的形成类比,列出相似的地方。
图11-4-3
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11-4-4所示,将电流与车流、人流类比。
图11-4-4
2.类比法详解
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。)
3.电流表使用方法归纳——“三两”
[中考解读] 电流表是初中物理电学部分的重要仪表之一,了解电流表的外部结构和电流表的使用方法,能熟练使用电流表测量电路中的电流,是学生应该掌握的基本技能,也是中考的重点考查内容。一般以填空题、选择题、实验题的形式呈现。
[考点对接] 1.电流表的读数与使用
例1　(株洲中考)图11-4-5是实验室常用的一种电流表,其零刻度不在表盘的最左端。当导线a、b分别与标有“-”和“3”的接线柱相连时,电流表指针偏转情况如图所示。此时,电流是从导线　　　　(选填“a”或“b”)流入电流表的,其示数是　　　　A。为了增大指针的偏转角度从而减小读数误差,应将导线a与标有“　　　　”的接线柱相连,导线b与标有“　　　　”的接线柱相连。
图11-4-5
[答案] a　0.4　0.6　-
[解析] 由图知,电流表指针偏向了0刻度线的左侧,原因是电流表正、负接线柱接反了,也就是电流从导线a进入了电流表;此时电流表选择的是0~3 A量程,对应的分度值为0.1 A,此时的示数是0.4 A。为测量正确并且读数误差较小,需要改变进入电流表的电流方向,改接小量程,所以需要将导线a与标有“0.6”的接线柱相连,导线b与标有“一”的接线柱相连。
[考点对接] 2.串、并联电路的电流特点
例2　(泰安中考)如图11-4-6所示电路中,闭合开关后,电流表能正确测量出通过灯泡L2电流的是 (　　)
图11-4-6
[答案] D
[解析] 图A中电流表与灯泡L2并联,开关闭合时,灯泡L2短路,电路连接错误,选项A不符合题意;图B中两灯泡并联,电流表与灯泡L1串联,开关闭合时,电流表测量通过灯泡L1的电流,选项B不符合题意;图C中两灯泡并联,电流表在干路中,电流表测量干路电流,选项C不符合题意;图D中电流表、灯泡L2、灯泡L1串联,电流表能测量通过灯泡L2的电流,选项D符合题意。
例3　(成都中考)在“探究并联电路中的电流特点”实验中,图11-4-7甲是某小组同学设计的电路图。
图11-4-7
(1)图乙是该小组连接的电路,闭合开关S,电流表测通过　　　　的电流。
(2)该小组同学换用不同规格的小灯泡进行实验,用电流表多次测出通过A、B、C三点的电流,记录实验数据如下表。
实验次数 IA/A IB/A IC/A
第1次 0.30 0.22 0.50
第2次 0.22 0.28 0.50
第3次 0.24 0.22 0.46
第4次 0.28 0.30 0.28
分析表中数据,以下说法不合理的是　　　　。
A.四次实验中电流表均选用0~0.6 A量程
B.表中的数据均在误差范围内
C.此实验还可测量更多组数据
D.通过多次实验,可避免偶然性
(3)小成同学测量通过灯泡L1的电流时,L1正常发光,L2忽亮忽灭,他接下来的操作应该是　　　　　　　　　　　。(写出一条即可)
[答案] (1)L2(或B点)　(2)B　(3)将灯泡L2拧一拧
[解析] (1)图乙中,闭合开关S后,电流表与灯L2串联,测量通过灯L2的电流。(2)由表格数据可知,4次实验最大电流为0.50 A,小于0.6 A,所以电流表均选用0~0.6 A量程,A正确;C点是干路,有IC=IA+IB,第4次实验数据明显不在误差范围内,B错误;为得到具有普遍意义的结论,此实验还可通过更换不同规格小灯泡或电源,测量更多组数据,C和D均正确。(3)L1正常发光,L2忽亮忽灭,是因为L2接触不良,应将灯泡L2拧一拧。
材料一——安培和他的伟大成就
安培(AndréMarieAmpère,1775—1836)是法国物理学家,1775年1月22日,安培生于里昂一个富商家庭。在物理学上,安培最主要的成就是1820—1827年对电磁作用的研究。
(1)发现了安培定则
奥斯特发现电流磁效应的实验,引起了安培的注意,使他长期所信奉的库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动,他集中全部精力研究,两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及遵从右手定则的报告,后来这个定则被命名为安培定则。
(2)发现电流的相互作用规律
接着安培又指出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥,对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。
(3)发明电流计
安培还发现,电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似,并创制出第一个螺线管,在这个基础上他发明了探测和量度电流的电流计,所以电流表也称为安培表。
(4)提出分子电流假说
安培根据“磁是由运动的电荷产生的”这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性,提出了著名的分子电流假说。安培认为,构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性。当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出了宏观磁性。
1827年安培将他对电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,这是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”。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位“安培”以他的姓氏命名。
材料二——生物电的发现
所有生物都有生物电现象,生物电是指生命过程中产生的电流或电压。首先发现生物电的是意大利的一位生物学家伽伐尼(L·A·Galvani,1737-1798)。1780年11月的某天他偶然发现,当金属刀的刀尖碰到被解剖的青蛙腿外露的神经时,青蛙腿会发生抽搐现象,这是什么原因呢 几年后,在伦敦的博物馆,他看到了展示的电鳗,当人用两只手同时接触这种鱼的头部和尾部时,会产生一种被电麻的感觉,这说明电鳗能放电,于是他立刻想到蛙腿的抽搐,难道青蛙体内也存在着一种生物电吗 经过了一系列研究,他证实了生物电的存在。1792年,他发表了著名论文《论肌肉运动中的电力》,引起世人瞩目。实验已揭示,不仅动物,所有生物都有生物电活动,生物电现象是自然界普遍存在的一种电现象。
材料三——人体生物电与心电图
心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着生物电的变化,通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形称为心电图。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观显示。心电图用于对各种心律失常、心室心房肥大、心肌梗死、心肌缺血等病症检查。
心电图的形成原理:心脏周围的组织和体液都能导电,因此可将人体看成一个具有长、宽、厚三维空间的导体。心脏好比电源,无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。心脏在机械性收缩之前,首先由起搏点产生电激动,从而激起心脏收缩和舒张。由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动,血液在全身血管系统中不停地流动。心肌激动可经过身体组织传导到体表,使身体表面不同部位产生不同的电位。如果在体表(例如左右手腕、左脚腕任意两个)放置两个电极,分别用导线连接到心电图机的两端,它就会按照心脏激动的时间顺序,将体表两点间的电位差记录下来,形成一条连续的曲线,这就是心电图。
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