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2019-2020年高中物理 2.1電源和電流素材 新人教版選修3-1 教學(xué)建議 恒定電場中“恒定”的意義是相對于靜電場而言的,其本質(zhì)為動態(tài)平衡。教科書在這里滲透“動態(tài)平衡”的思想,一方面要使學(xué)生知道,靜電場中的許多規(guī)律在恒定電場中也是適用的,為學(xué)生應(yīng)用靜電場知識分析電路問題清除了認(rèn)識上的障礙;另一方面,也為后面的電動勢、閉合電路歐姆定律的學(xué)習(xí)作了鋪墊。 關(guān)于恒定電場,不必要求學(xué)生分析導(dǎo)體內(nèi)電荷分布的具體情況,也不必分析電荷分布達(dá)到平衡的過程。 把電源的作用與抽水機(jī)類比,學(xué)生比較容易理解,盡管兩者在工作機(jī)理上的差異很大,但在教學(xué)的初期這樣的類比是有益的。同時,這部分教學(xué)也為后面電動勢概念的建立打下一定的基礎(chǔ)。 在此基礎(chǔ)上,教學(xué)中可以根據(jù)課本圖2.1-1,設(shè)置恰當(dāng)?shù)膯栴}引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考。 ①用導(dǎo)線連接兩個分別帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體,導(dǎo)線中有沒有電流通過?為什么?如果有,這個電流能持續(xù)下去嗎? ②如何能讓導(dǎo)線中保持持續(xù)的電流?電源起到了什么作用? 通過以上問題的討論,使學(xué)生理解導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件是導(dǎo)體兩端有電勢差,即能產(chǎn)生驅(qū)使電荷做定向移動的作用力——靜電力。電源的作用就是移送電荷,保持導(dǎo)線兩端的電勢差,從而保持電路中有持續(xù)的電流。 需要向?qū)W生說明的是,電荷定向移動的速率和在導(dǎo)線中建立電場的速率是兩個不同的概念。金屬導(dǎo)體中,自由電子的定向移動不是簡單的勻速運動,自由電子在無規(guī)則熱運動基礎(chǔ)上,受到靜電力的作用做加速運動。同時,又不斷地跟正離子碰撞而使定向運動遭到破壞,然后在靜電力作用下再加速,再碰撞。從大量自由電子運動的宏觀效果來看,可以認(rèn)為它們以平均速率v做定向運動。 實際上,電流傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體兩端加上電壓后,在導(dǎo)體中建立電場的速率(即電場傳播速率),它等于光速。一旦接通電路,導(dǎo)體中以光速建立電場,整個電路里各處的自由電荷幾乎同時都受到靜電力作用而做定向移動,電路中各處立即就有了電流。 參考資料 移動電源,也叫“外掛電池”“外置電池”“后備電池”“數(shù)碼充電伴侶”“充電寶”。“移動電源”這個概念是隨著數(shù)碼產(chǎn)品的普及和快速增長而發(fā)展起來的,其定義就是方便易攜帶的隨身電源。針對數(shù)碼產(chǎn)品功能日益多樣化,與我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)聯(lián)也越來越密切,如何提高數(shù)碼產(chǎn)品的使用時間、方便人們的生活、及時補(bǔ)充電源、發(fā)揮其最大功用的重要性就更加刻不容緩。而移動電源,就是針對并解決這一問題的最佳方案,隨身攜帶一個移動電源,就可以隨時隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 移動電源的特點:移動性、通用性、便捷性。 移動電源的移動性是指產(chǎn)品能在移動狀態(tài)下(例如旅游、開會、充電器不在身邊或不方便充電情況下)發(fā)揮其功用,即在任何地點、任何時間不受局限地給數(shù)碼產(chǎn)品供電或充電,使生活和工作的品質(zhì)得以提升。 移動電源的通用性是指產(chǎn)品能夠適合最大范圍的數(shù)碼產(chǎn)品。即移動電源能夠為筆記本電腦、手機(jī)、MP3、MP4、PDA、游戲機(jī)(PSP等)、藍(lán)牙耳機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、CD播放機(jī)、復(fù)讀機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、便攜式DVD等多種數(shù)碼產(chǎn)品服務(wù)。不過對于使用電壓較高的相關(guān)數(shù)碼產(chǎn)品,比如手提電腦之類的,則需要配置輸出電壓較高的移動電源,這個與移動電源本身實際的容量成正比。其實,不僅如此,移動電源可以通過USB電纜線使用在任何符合USBOn-the-Go(USB-OTG)的便攜型設(shè)備(USB電燈,USB眼睛按摩器,USB電熱咖啡壺等等)上,作為移動的最方便的電源供應(yīng)。 移動電源的便捷性是指移動電源體積小,容量大,方便攜帶。 移動電源的工作原理 移動電源是一個集儲電、升壓、充電管理于一體的便攜式設(shè)備。儲電介質(zhì)一般采用鋰電電芯,因為鋰電電芯相對體積小、容量大、市場流通廣、價格適中,被廣泛用于數(shù)碼產(chǎn)品。鋰電的電壓在2.7~4.2 V之間,電壓隨著電量的下降而下降。而2.7~4.2 V的電壓是不能直接給其他數(shù)碼產(chǎn)品充電的,因為數(shù)碼產(chǎn)品的鋰電電壓也是2.7~4.2 V,同電位的電壓之間是不能充電的。所以移動電源向外輸出電能是必須要有升壓系統(tǒng),把2.7~4.2 V的鋰電電壓升壓到5 V,這樣就可以給其他數(shù)碼產(chǎn)品充電了,如手機(jī)、MP4、平板電腦、PSP等。 當(dāng)然,移動電源不是一次性設(shè)備,它可以反復(fù)使用數(shù)百次以上。所以當(dāng)移動電源電能使用完后,我們必須給移動電源充電。其原理和給手機(jī)充電一樣。連接到5 V的USB電腦接口或USB充電器上即可給移動電源充電。所以移動電源內(nèi)部還必須有充電管理系統(tǒng)。充電管理系統(tǒng)能根據(jù)鋰電的電壓,自動調(diào)節(jié)充電電流。