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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(shí),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(yùn)動,自由電子在無規(guī)則熱運(yùn)動基礎(chǔ)上,受到靜電力的作用做加速運(yùn)動。同時(shí),又不斷地跟正離子碰撞而使定向運(yùn)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(yùn)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(yùn)動。 實(shí)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(shí)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”?！耙苿与娫础边@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(shí)間、方便人們的生活、及時(shí)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(shí)隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 移動電源的特點(diǎn):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(diǎn)、任何時(shí)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?yàn)楣P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(shí)際的容量成正比。其實(shí),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?yàn)殇囯婋娦鞠鄬w積小、容量大、市場流通廣、價(jià)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?yàn)閿?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。