电荷教学设计

电荷教学设计（通用12篇）

电荷教学设计 篇1

电荷守恒定律》教学设计比较

第一节

一般思考设计： 电荷（两种电荷）三种起电方式 电荷守恒定律 元电荷及电量等

深层次思考设计：

电荷守恒定律是本节的核心内容；

建立对电荷守恒定律的认识是主要线索； 关键是怎样认识“电荷转移，总量不变”；

灵魂是由现象到模型，再到更多现象，再到模型，上升到规律的探究科学方法。

思路：

关于电荷，你知道了哪些？ 有两种电荷，你是怎么知道的？

正负电荷究竟是什么？种种猜想和解释。

实验发现摩擦后，一个物体带正电，另一个物体就带负电，即失去负电就带正电。于是就有了存在于中性物体中的正负电荷的假说，而且两种电荷是等量的。（用下列器件进行实验演示验证：法拉第静电演示仪——将相互摩擦后的一个物体放入金属筒可看到指针张开，将另一个物体再放入金属筒不与前物体接触，可看到指针归零）直到电子发现和建立了原子核式模型，才搞清楚摩擦起电的电本质——电荷转移，总量不变。在静电中，它是否是一种普遍的规律呢？ 金属导体间电荷转移及解释； 静电感应实验现象及解释； ——归纳：电荷守恒定律。

电荷教学设计 篇2

片段一:多媒体环境

河北省武安市实验中学孙建恩

1. 视频导入, 激疑引趣

师:首先, 请大家观看视频。

教师播放视频——《有趣的电现象》 (如图1) 。

师:刚才大家看到了自然界中有趣的静电现象和城市绚丽的夜景。电能给人们的生活带来便利。所以, 我们学习一些电学知识是非常必要和重要的。

2.启发引导, 合作探究

师: (用玻璃棒和用丝绸摩擦过的玻璃棒分别靠近碎纸屑和易拉罐) 请大家观察, 我这两次实验有什么区别。请大家用身边的圆珠笔的塑料杆摩擦头皮, 然后靠近碎纸屑, 观察现象。

学生动手实验, 猜想两种摩擦产生的电荷是否相同。

教师再次播放视频, 展示大量的摩擦起电实验现象, 有力地证实自然界只有两种电荷。

学生自主探究电荷间相互作用的规律, 总结得出结论。猜想验电器的工作原理, 教师讲解。

片段二:多媒体环境

长春市第103中学王洪梅

1. 创设情境, 引入新课

师:请大家观看视频。

利用视频展示摩擦起电在生活中的产生、应用以及危害 (如图2) 。引起学生的学习兴趣。

2.合作探究, 动画验证

引导学生自主探究电荷的种类以及相互间的作用。从而讲解验电器的工作原理。让学生动手检验, 并用Flash模拟实验展示电荷的移动过程 (如图3) 。

并依据此原理, 引导学生思考验电器之间电荷的移动和张开角度的变化, 并用Flash展示电荷的移动过程 (如图4) 。

●整合点深度分析

以上是全国中小学信息技术与课程整合优质课大赛中的两个教学片段, 参加初中物理组比赛的接近10%的教师选择了《电荷》作为参赛课。他们根据自己的实际教学情况以及不同的教学对象和教学环境, 加上自己的分析和理解, 采用不同的教学方法和策略, 教学同样的内容。初中物理新课标主张培养学生的科学探究能力, 但大多数教师只是应用信息技术创设情境, 没有充分利用信息技术培养学生的科学探究能力;有些教师采用多媒体环境下的教学模式, 忽视了传统教学方法的应用, 教学效果并不理想。其主要原因是对信息技术与课程整合的理论理解不深刻, 对课程的整合点把握不够准确。

1.优质课大赛《电荷》教学设计分析

《电荷》是初中物理课程内容中比较重要的一节课, 不仅是电学开始的标志, 更是引导学生进入微观世界的一节课。它揭示了简单的电现象和有关于电荷的基础知识, 对于以后学生学习电学起到了引导作用, 尤其是对科学世界的探索起到了关键的作用。笔者对2008年的优质课大赛初中物理组参赛课进行了统计, 发现信息技术主要是用于展示知识、创设情境、模拟实验、知识拓展和课后的学习平台。在参赛的31节课中, 用于展示知识的是31节, 占100%;用于创设情境的有29节, 占93.5%;用于模拟实验的有11节, 占35.5%;用于知识拓展的有7节, 占22.6%;用于课后学习平台的有3节, 占9.7%;其中有28节课是在多媒体环境下进行的, 有3节课是在网络环境下进行的, 信息技术主要是作为学习的平台和搜索的工具。笔者对其中典型的3个教学设计进行了对比统计, 结果如上表。

从统计上不难看出, 三位教师都将信息技术运用在情境创设这一环节, 两位用在了引导学习和知识拓展上, 一位教师用在了模拟实验上。实质上, 信息技术在教学中的作用并不仅限于此, 信息技术应用于教学中的优势是多方面的, 并且要恰当运用, 才能达到较好的效果。

《电荷》这节课的教学设计, 存在着共同的整合的优缺点。

优点: (1) 充分利用信息技术搜索了大量的资料, 创设情境。三位教师都运用了视频中的大量资料展示了电在生活中的一些现象, 使学生对《电荷》这节课的学习产生兴趣, 并且对电荷的应用也有了初步的印象。 (2) 表现手法多样。三位教师不仅仅是运用图片展示, 也运用了视频和Flash, 更能够培养学生的观察能力。 (3) 利用信息技术联系实际生活。三位教师都利用了视频展示了电在生活中的一些应用, 将本节课的知识紧紧地与生活联系在了一起, 这也体现了物理“从生活走向物理, 从物理走向社会”的课程理念。

缺点: (1) 资料冗余。在生活中有很多电的应用现象, 但是教师并不应该罗列过多的电现象, 应挑其重点突出的现象展示, 因为我们的目的只是引起学生的学习兴趣, 给学生创设学习的情境, 资料多而杂, 不但起不到预先的效果, 还混淆了学生的视听。 (2) 信息技术利用不充分。不难看出三位教师都在创设情境的环节上运用了信息技术, 在模拟“验电器原理”的探究实验中, 只有一位教师运用了信息技术来突破, 而其他两位教师只是运用了简单的讲解, 并且这三位教师运用信息技术的目的是为了辅助教学或解决教学中的一些难点。信息技术并不是这样的简单工具, 更可以激发学生质疑, 引导学生思考, 培养学生的能力才是教师教学的最终目标。 (3) 教学资源的利用不恰当。对于创设情境环节, 两位教师运用的视频几乎都是电的应用的视频, 它是电与实际生活中的一种应用, 运用这种视频是否可以引发学生的思考, 值得教师在选择资源上进行深度的思考。

2.《电荷》教学设计普遍存在的问题及原因

(1) 整合点的分析不准确

很多教师的信息技术素养较高, 但对整合点理论的理解不够深入, 导致某些教师的教学效率没有显著提高, 信息技术没有应用得恰到好处, 作用也自然不能很好地发挥出来。

整合点的诊断过程是, 首先要分析每一个理想教学步骤是否能够在常规教学手段支撑下完成, 完成的效率和质量如何。然后, 分析信息技术手段对每一步的支撑情况如何, 是否比常规教学手段质量或效率高, 如果确实高的话, 该步骤就可以诊断为整合点。

从三位教师运用信息技术的环节我们可以看出, 教师对于《电荷》这节课的整合点分析有所不同, 除了在创设情境的环节相同以外, 其他环节都有所不同。王老师将整合的重点放在了“验电器原理”及“电荷的定向移动”两项探究实验上, 利用信息技术将微观变宏观。而其他两位老师主要是利用信息技术联系实际生活, 突破空间的限制。按照整合点的理论分析, 本节课的整合点均包括以上两点, 但是并没有教师将其分析完全, 将信息技术利用充分。

(2) 只是简单地应用信息技术

新课标指出, 初中物理教学的内容标准是科学探究和科学知识, 可见培养学生的科学探究能力是初中物理教学的重中之重, 但是培养学生的科学探究能力并不是简单地让学生动手实验, 而是要引发学生思考、提出假设、寻求问题解决的方案等多个过程。信息技术不仅能够更好地支撑教学, 也能够更好地培养学生的创新能力、问题解决能力等新时代所要求人才必备的能力。

三位教师都运用了信息技术创设情境, 但是并没有因创设情境而使学生引发出相应的问题, 使学生能够进行相应的思考, 去验证或解决这些问题。思考的目的都是由教师提出的, 并没有完全对学生的思维进行培养。对于验电器原理的讲解, 王老师运用了Flash模拟电荷运动, 但是这只是演示实验, 只能使学生对于问题的理解更加深刻一些, 但是并不能对学生的探究能力进行培养。

多数教师在运用信息技术的时候, 只是把信息技术作为了一个简单的媒体, 而不是学生的认知工具。因此, 教师在应用信息技术的同时也应当将培养学生的能力作为重点, 将信息技术应用到最高的层次。

●点石成金——理想状态下的《电荷》教学设计片段

所谓理想情况下一节课的教学过程设计, 是指在不考虑教学条件的情况下, 突破时空限制来构思课堂教学的步骤, 尽可能提高学生的学习质量和效率。在新一轮的课程改革中, 义务教育阶段的物理教育目的是培养全体学生的科学素养。所以, 我们应该在教学的过程中以培养学生的能力为主要目标。物理学科主要培养的就是学生的科学探究能力, 所以教师在每节课都应该设计一些内容让学生自主探究, 培养他们的创新、问题求解、小组协作等能力。针对以上两点, 结合各位教师教学设计中的优点, 笔者设计了《电荷》理想教学过程中的几个片段。

1.通过现象, 引发思考, 提出问题, 设计解决

教学活动: (1) 定义学习:如果一个物体能够吸引轻小物体, 我们就说这个物体带了电, 通过摩擦使物体带电, 就是摩擦起电。 (2) 小组实验:用学习或生活中所用到的物体来进行摩擦起电的实验。 (3) 联系生活中摩擦起电的应用。

整合点及解决办法: (1) 播放有关物体带电的几个实验的视频, 让学生对比分析, 发现问题、提出问题。例如, 摩擦起电现象的特点是什么 (启发过程) , 并猜想其问题的结果 (可以吸引轻小物体) , 由此来总结物体带电的定义。 (2) 利用图片或视频展示摩擦起电的应用, 使学生将学到的知识联系到具体的生活当中。

2. 展示设计, 修正实验

教学活动: (1) 猜想:同种电荷之间的关系和异种电荷之间的关系。 (2) 小组实验:设计实验过程, 进行小组实验。

整合点及解决办法: (1) 通过展示一些电荷之间作用现象的图片, 引发学生的猜想, 否则学生无据可依。 (2) 通过大屏幕展示每个小组的实验过程, 进行讨论分析, 进行自我修改。

3. 动画模拟, 实验探究

教学活动: (1) 猜想:验电器的原理。 (2) 实验探究验电器的原理。

整合点及解决办法: (1) 对同种电荷之间的互相作用进行再次展示, 引导学生思考验电器的原理。 (2) 通过动画模拟实验, 让学生探究出验电器的原理, 不仅使学生对验电器的原理、同种电荷之间的作用关系理解深刻, 还加强了学生探究能力的培养。

4. 知识储备, 开拓视野

教学活动:展示静电在生活中的应用。

电荷教学设计 篇3

一、创新教学模式，加强过程探究

在传统的高中物理教学中，学生的学习是被动的，教师只管“填鸭式”地教学，较少关注学生智力的开发学习兴趣的激发。以致学生对知识的掌握不牢，运用不够灵活。要改变这种现状，教师在教学中就要创新教学模式，加强过程探究，注意激发学生的学习兴趣，让学生自主学习，主动参与教学活动。例如，对于“洛伦兹力”这一节课，按照大纲，已有的教学模式主要是要求学生学会洛伦兹力的计算公式，即用f=qvB来计算力的大小，并掌握力的方向的判断方法，即左手定则。但是课本上对于这两点的讲解只是直接给出了结论，并没有讲解其探究的过程，这样在课堂上，不少学生只能生搬硬套，被动接受知识。想要激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率，就要求教师创新教学模式。在具体教学中，教师可以通过实验演示来吸引学生的注意力，帮助学生理解掌握相关的知识和规律。如图1所示，教师首先介绍阴极射线管与匀强磁场，在不加匀强磁场的情况下，将阴极射线管接入电路，闭合开头，接通电源，形成电子束，可发现一段蓝色阴极射线，方向竖直向上。然后将阴极射线管置于匀强磁场中，发现射线束左偏，说明射线束受到了洛伦兹力作用。继续加大磁场，发现射线束左偏形成圆形轨迹，如图2，说明该电子束所受洛伦兹力的方向指向圆心。再引导学生认识洛伦兹力方向与速度方向、磁场方向的关系，认识左手定则，这样学生就能直观地学习洛伦兹力计算公式和左手定则。

图1阴极射线管与匀强磁场组合

图2真实阴极射线管空间分布

二、增加实践教学，培养学生动手能力

在高中物理教学中，演示实验是引起学生兴趣、开发学生智力的重要手段，同时也能有效地提高教学质量。每当开始新的一节课时，教师用演示实验导入新课，学生因为导课内容而对即将学习的新知识产生浓厚的兴趣，从而让学生主动接受要学的知识，因而顺利完成教学任务。例如，开始新内容学习时，用演示实验导入新课：观察通了电的螺线管，会发现槽内的电解液不停地旋转，学生会因为这一现象而对新课内容感兴趣，引发学生想了解其内容，从而主动地去学习、探究，再经过教师的讲解，学生就能轻松地掌握教学内容。又如，在讲显像管时，其工作原理是一个重要知识点，通过实验的模拟，既让学生深刻理解其内容，还培养了学生的实验动手能力，更能满足学生的好奇心。

三、运用科技手段，丰富课堂内容

现代教学中，很多教师喜欢运用多媒体来辅助教学，因为随着计算机技术的快速发展，多媒体可以将一些抽象的、难理解的微观现象及其发展的经过通过动画、图像、声音等形象、直观地展现在课堂上，这样有利于学生理解掌握有关知识，同时还能激发学生的学习兴趣。比如，讲授洛伦兹力时，对于“安培力是洛伦兹力的宏观表现”这一结论，如果教师单纯地去解释，学生是难以理解的，此时可制作一个Flash动画：一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，安培力对其产生作用，导线切面的图上显示每个电子的定向移动方向恰恰与电流的方向相反，导线受到的安培力正好就是每个运动电荷受到的洛伦兹力的合力。通过Flash动画的演示，学生能够透彻地理解这一结论，清楚地认识了微观上的安培力，而无须教师再多做其他的解释。又如，在讲解用左手定则判断洛伦兹力的方向时，用Flash动画去演示怎样运用左手定则判断方向将会形象很多，通过三维动画图片来展现磁场方向、电荷运动方向、洛伦兹力方向三者之间的关系；关于极光的形成原因，首先展现出地球磁场的空间分布图，再展现出垂直的射向地球的向东偏转正电荷与长驱直入的两极正电荷。通过动画的演示，学生更容易理解、接受，在提高教学质量的同时解决了教学难点。

四、结语

综上所述，在高中物理教学中演示实验出现的频率非常高，如此高频率的出现就需要教师注重演示实验课的设计了，既不能让学生只是乐在上演示实验课，也不能让学生有了视觉疲劳，在运用演示实验时一定要遵循简单的操作、高的可见度、直观的现象、明确的目的、适度的演示和高效的成功率等基本的原则。新课改要求教师要充分发挥想象力，在已有的教学模式上创新，而演示实验正好迎合了新课改的这一特点，因此演示实验可以真正发挥其特长，通过结合现代化教学手段，在以后的高中物理教学中必将起到极其关键的作用。

参考文献

[1]人民教育出版社物理室编著.物理（第二册）[M].北京：人民教育出版社，2006：150-160.

[2]吴海清，黄尚鹏.高中物理中磁场对运动电荷的作用之教学反思[J].高等函授学报（自然科学版），2012（5），88-89.

《电荷》说课稿设计 篇4

5.1电荷

一、带电(带电荷)

摩擦过的物体能吸引轻小的物体，则说明该物体带了电荷。这种现象叫做摩擦起电现象

二、两种电荷：

实验表明:自然界中只有两种电荷，他们是这样规定的：

把用丝绸摩擦过的玻璃棒上所带的电荷叫正电荷。

把用毛皮摩擦过的橡胶棒上所带的电荷叫负电荷。

三、电荷之间的相互作用规律：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

四、验电器：

1、构造;金属球，金属杆，金属箔。

2、使用：可以凭验电器金属箔张角的情况来判断物体是否带电。

3、工作原理：利用同种电荷相互排斥的原理。

五、电荷量及其单位;

电荷的.多少叫做电荷量。它的单位是库仑，简称作库，符号是C。

六、原子的结构 ：

九年级物理《两种电荷》教学反思 篇5

本节课的知识内容，虽看似浅显，但知识点多，给人凌乱而繁杂之感。而且由于化学知识滞后，学生对摩擦起电的原因及导体和绝缘体导电能力不同的原因理解起来都非常困难。因此课堂容量还是不小的。听了同事们的点评，再细细回想本课的过程，我觉得在以下地方可加以改进。

1、导学案的设计：我在设计导学案时，把学生在观察演示实验时的重点问题写了上去，以至于学生在完成导学案时，绞尽脑汁的想怎样把看到的现象转化成文字，耽误了时间。而实际上，这些问题学生在观察时已经口头回答了，不必写出来，即导学案个别问题指代不明。另外，对于一些不需要背诵的冗长概念，设计成让学生只填写重点词就可以了，也可以节省一部分时间。

2、充分利用小组合作：对于上面提到的难点，应使用小组合作、互帮互助的方法，让所有学生都弄明白。

电荷教学设计 篇6

彭东厚

一、结果为过程

按照教材和大纲的要求，本节课学生只要会用左手定则来判断洛伦兹力的方向，会用F=qVB来计算洛伦兹力的大小就已经达到了教学目的，教材上有些知识内容没有介绍推理过程，是直接给出的.为了让学生成为教学活动的主体，为此，在这节课的教学设计中，我改“讲”为“学”，把教学目标的重点由学习具体的物理知识变为探索知识的过程.教材直接给出了洛伦兹力用左手定则来判断，在处理这部分内容时，我以判断安培力的左手定则为切入点，启发学生去分析探索实验、去发现总结规律，由电流的方向与正电荷的定向移动方向相同，得出运动电荷所受洛伦兹力的方向也可用左手定则来判断这一结论.避免了学生在听讲过程中被动地被拖着走的现象，学生能主动思考，自觉成为发现知识的主体.在推导洛伦兹力大小F=qVB时，把推导过程大胆地交给学生，通过知识再现、设疑提问和学生讨论等方法，实现知识迁移，再通过视频展台点评学生的推导过程，得出关系式F=qVB，使学生从老师的评价中得到启发，受到激励，实现引导学生主动学习的目的.从学生回答的问题和推导过程看，教学效果很好.把结果变成教学过程的动态延伸，这不仅给学生提供了积极思维的时间和空间，而且在探索知识的过程，培养了学生具有掌握知识、分析知识、更新知识的能力.二、问题为纽带

课堂提问是一种由教学目标决定的，有目的有计划的重要教学手段，好的提问能集中学生的思维并使教学有序有效地朝着教学目标发展，相反，问题缺乏思维的启发性和针对性，提出的问题过频过急而使学生被动地跟着问题转，或使学生不知所云，无从回答，就会导致教学时间的浪费和教学效率的低下.让学生带着问题走进教室，实际上已经激发了学生的求知欲，在这种情境下的教学，适时的、有针对性的设疑提问，有助于形成结论.例如，引课时用到的：磁场为什么会对通电导线有力的作用？这个力是不是作用在运动电荷上的？如果是，大小等于多少，方向又如何判断？这样就使提问具有了探讨性.如果用“磁场为什么会对通电导线有力的作用？”来引入新课，问题就只有复习记忆功能.再如，要验证“猜想”的正确性，我提出：要完成这个实验，应做哪几方面的准备？学生很容易回答出“需要磁场和运动的电荷.”紧接着又问：“还有吗？”在学生认为理所当然的情况下，再次提问，在看似没有问题的地方发现问题，然后解释：因为运动电荷是微观粒子，还要有显示其受力的办法，很自然的为介绍电子射线管的结构做了铺垫.在演示加磁场电子束发生偏转这一实验时，没有直接给出结论，而是提出“电子束偏转说明什么？”学生答“受力.”接下来又问：“为什么偏转了就说明受力了？”学生答“速度方向改变，产生加速度，所以受到洛伦兹力的作用”.到此似乎应该结束，但接下来又提出：“这个力是谁施加的呢？”从而有效地锻炼了学生捕捉信息的能力.种种类似问题的设计，既要根据教材和学生实际，想方设法挖掘学生创造性思维，又要使学生在解决教师设计的问题过程中，就能基本理解和掌握课本知识.教学设计中，小结后有两个为下节课做铺垫的问题：

1、带电粒子在磁场中的运动轨迹是什么？是抛物线？还是圆？

2、洛伦兹力是否对运动电荷做功？总之，一节课的提问形成了一个服务于教学目标的问题网络，这些问题的落实就达到了突破难点、强化重点的效果，而落实的过程就是学生积极思维、主动发现知识、形成自己能力的过程.三、多媒体课件的应用

电荷教学设计 篇7

一、创新教学模式, 加强过程探究

在传统的高中物理教学中, 学生的学 习是被动 的, 教师只管“填鸭式”教学, 较少关注学生学习兴趣的激发和能力的培养, 以致学生对知识的掌握不牢、运用不够灵活。要改变这种现状, 教师在教学中就要创新教学模式, 加强过程探究, 注意激发学生的学习兴趣, 让学生自主学习, 主动参与教学活动。例如, 对于“洛伦兹力”这一节课, 按照大纲, 已有的教学模式主要是要求学生学会洛伦兹力的计算公式, 即用f=qvB来计算洛伦兹力的大小, 并掌握洛伦兹力的方向的判断方法, 即左手定则。但是课本上对于这两点的讲解只是直接给出了结论, 并没有讲解其 探究的过 程。这样学生 只能生搬 硬套, 被动接受知识。在具体教学中, 教师可以通 过实验演示来吸引学生的注意力, 帮助学生理解掌握相关的知识和规律。如教师可首先介绍阴极射线管与匀强磁场, 然后演示在不加匀强磁场的情况下, 将阴极射线管接入电路, 闭合开关, 接通电源, 形成电子束, 可发现一 段蓝色阴极射线, 方向竖直向上。然后将阴极射线管置于匀强磁场中, 发现射线束左偏, 说明射线束受到了洛伦兹力作用。继续加大 磁场, 发现射线 束左偏形 成圆形轨迹, 说明该电子束 所受洛伦 兹力的方 向指向圆 心。这时, 引导学生认识洛伦兹力方向与速度方向、磁场方向的关系, 认识左手定则, 学生就能直观地学习洛伦兹力的计算公式和左手定则, 激发学习兴趣。

二、注重实验教学, 培养学生动手能力

在高中物理教学中, 演示实验是引 起学生兴 趣、培养学生能力的重 要手段, 同时也能 有效地提 高教学质量。例如, 在学习磁场对运动电荷的作用的相关知识点时, 可以利用黑白电视机显像管进行实验演示让学生深刻理解磁场对运动电荷的作用, 从而让学生主动接受所要学习的知识, 教师顺利完成教学任务。首先, 需要对准备好的设备进行检查, 然后在关机状态中, 进行行、场偏转线圈的端子的焊接。然后, 在开机状态下, 调低亮度, 使荧光屏中央出现亮点, 并且及时指导学生对亮度进行调节, 以免电子束被烧毁。表明电子束没有受洛仑兹力作用, 既没有发 生行偏转 也没有发 生场偏转。接着, 在关机后恢复行偏转线圈后再次开机。电子由于失去竖直方向的场偏转磁场, 可观察到荧光屏上呈现出一条水平亮线。最后, 在关机状态下, 焊下行偏转 线圈的端子, 恢复场偏转线圈, 再开机。显像管失去了 水平方向上的偏转磁场, 从而可观察到荧光屏中央呈现出一条竖直亮线。关机后再恢复行、场偏转线圈, 用改锥松 开偏转线圈总 成的紧固 螺丝, 将电视接 上TV信号后开机, 然后逆时针或顺时针缓慢地旋转偏转线圈总成, 可观察到图像也伴随着逆时针或顺时针缓慢转动。关机后将行偏转线圈的两个端子反接, 开机后则观察到图像左右相反。关机后将行偏转线圈的两个端子复位后, 将场偏转线圈的两个端子反接, 开机后观察到荧光屏呈现出倒立的图像。在进行这个实验时, 整个操作过程需要教师在旁边进行指导。一般情况下, 为了安全, 可以不打开电视机后盖, 使用磁铁两极各夹一块长铁片, 弯成蹄形, 卡在电视机后侧凸出部分 (即管颈部) , 可观察到图像整体向一侧 移动, 并可能在 另一侧露 出一个大 黑边。分析可知, 电子流偏转方向是遵守左手定则的。通过实验, 既让学生深刻理解相关知识的内涵, 还培养了学生的实验动手能力。

三、运用信息技术手段, 丰富课堂内容

现代教学中, 很多教师 喜欢运用 多媒体来 辅助教学, 因为随着计算机技术的快速发展, 多媒体可以将一些抽象的、难理解的微观现象及其发展过程通过动画、图像、声音等形象、直观地展现在课堂上, 这样有利于学生理解掌握有关知识, 同时还能激发学生的学习兴趣。比如, 在讲授洛伦兹力时, 对于“安培力是洛伦兹力的宏观表现”这一结论, 如果教师单纯地去解释, 学生是难以理解的, 此时可制作一个Flash动画:一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中, 安培力对其产生作用, 导线切面的图上显示每个电子的定向移动方向恰恰与电流的方向相反, 导线受到的安培力正好就是每个运动电荷受到的洛伦兹力的合力。通过Flash动画的演示, 学生能够透彻地理解这一结论, 清楚地认识了微观上的安培力, 而无须教师再多做其他的解释。

电荷　库仑定律说课稿 篇8

1、说课内容:“人教版《全日制普通高级中学教科书(必修+选修)·物理》”第二册第十三章 第一节 电荷 库仑定律。

2、 本节课在教材中的地位、作用和意义:

本单元教材的核心是库仑定律,它既是电荷间相互作用的基本规律,又是学习电场强度的基础。因此,在本单元教学中对电荷间的相互作用,不仅要求学生定性知道,而且通过库仑定律的教学还要求定量了解,但对库仑定律的解题应用,则只限于真空中两个点电荷间相互作用的一些简单计算。

3、 本节课的教学目标:

4、 教学重点和难点:

教学重点:库仑定律及适用条件。

教学难点:物体带电的实质和电荷的守恒。

二、 说教法、学法

在教学中贯彻让学生经历知识的形成过程为原则,整个教学过程始终围绕教学目标展开,力求做到层次清楚,环节紧凑,并注意引导学生通过观察、实验和操作,突出体现了学生对知识的获取和能力的培养。

教学方法:启发讲练式、问题解决法、实验归纳法、类比法

学法:观察 → 思维 → 综合 → 结论

三、 说教学程序

研究教法和学法是搞好教学的前提和基础,而合理安排教学程序,则是教学成功的关键一环。以求达到事半功倍之效,使学生学有所获,我根据本课教材的特点以及学生的实际水平,将本课划分成三大部分:

(一)复习准备、引入新知

在课的开始让学生先观察两个有关电现象的视频,并通过学生对旧知识的回顾,进一步了解电学的基本知识,为学生对库仑定律及应用的学习做好知识和思路方面的准备。

提出问题:1、自然界中有几种电荷?

2、使物体带电的方法有哪些?

3、摩擦起电是创造了电荷吗?

答:1.两种电荷:自然界只存在正、负两种电荷

①正电荷:用丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫正电荷。

②负电荷:用毛皮摩擦过的硬橡胶棒上带的电荷叫负电荷。

③电量:带电体上所带电荷的多少叫电量。

2.物体的带电方式有三种:(1)摩擦起电; (2)接触起电;(3)感应起电。

3.电荷守恒定律:电荷既不能创造,也不能消灭,任何起电方式都是电荷的转移,它只能从一个物体转移到另一个物体或從物体的一部分转移到另一部分。在同一隔离系统中正、负电量代数和不变。

(二)积极主动,探究新知

库仑定律

电荷间的相互作用规律:电荷间有相互作用力。同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。两电荷间的相互作用力大小相等,方向相反,作用在同一直线上。

[课件演示]让带电小球靠近悬挂在丝线的带电小球,观察在不同距离时小球偏转角度。

问:这说明什么?

启发学生回答:带电体之间的作用力的大小跟带电体间的距离有关。

问:若以悬挂的小球作为研究对象,它受到几个力?平衡时它受到电荷间作用力跟哪些因素有关?

启发学生回答:F=mgtgα。带电体间距离越小,偏角α越大,这表明电荷间作用力越大。

[课件演示]带电量不同的小球靠近悬挂丝线的带电小球,观察小球的偏角的变化关系。

启发学生回答:带电体间作用力还跟带电体所带电量有关。

讨论得到:电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大,随距离的增大而减小。

⑴库仑扭秤实验:

出示库仑扭秤挂图,简单介绍法国物理学家库仑利用扭秤研究电荷间相互作用力的大小跟电量和距离的关系所用控制变量的科学方法。设计的扭秤成功的解决了用普通测力计无法测量微小作用方法。

实验结论,真空中的库仑定律。

⑵库仑定律:在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上。

⑶点电荷

概念:带电体的形状、大小对相互作用力的大小可以忽略,那么带电体可以看作一个点,所带电荷称为点电荷。

点电荷的介绍:

点电荷是一种理想化带电体模型,当带电体间的距离比带电体本身的大小大得多,以致于带电体的形状和大小对作用力的影响可以忽略时,此带电体可以看作点电荷。

库仑定律的两点注意:

(1)适用条件:库仑定律只适用于真空(或特定的空气)中的两个点电荷之间的相互作用。

(2)应用库仑定律计算静电力时应注意:式中的Q1和Q2,用所带电量的绝对值进行计算。根据两个电荷的电性异同来判断静电力的方向。

(三)综合练习,巩固新知

在前面讲解基本知识的基础上,进行综合练习的目的是进一步培养学生运用新知识解决问题的能力。判断、选择练习由浅入深,并注意从不同角度来强化知识。最后的练习激发学生运用所学知识解决实际问题的兴趣,将课堂教学推向高潮。

课堂练习:

四、说板书

板书,是文章结构的简缩。通过板书,能使学生直观地抓住线索,理清思路,体会中心。因此,我的板书力求体现这些,以达到事半功倍的效果。

五、时间安排

1、旧知识复习、新课引入5分钟,2、新课教学20分钟,3、综合练习10分钟,4、学生小结5分钟。

六、课后反思

(1)在学生初中学习的基础上,可以通过演示实验,或者动画媒体播放复习并巩固电荷的有关知识;

(2)在讲述时,要讲解要简洁、准确,突出主要概念,同时,节省时间给学生自己来学习;

教案两种电荷 篇9

（一）教学目标：

一、知识与技能：

1、认识摩擦起电现象，知道用丝绸摩擦的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦的橡皮棒带负电荷。

2、知道电荷之间的相互作用，电荷量的单位。

3、知道原子结构，以及摩擦起电的原因和电子的定向移动。

4、知道验电器的工作原理和认识绝缘体和导体。

二、过程与方法：

1、生活引入，提高学习兴趣。

2、实验引入让学生观察实验现象，引导学生进行分析实验现象，总结归纳出电荷的种类，以及电荷之间的相互作用。培养学生的信息处理能力，观察能力和概括能力。

三、情感态度与价值观:

1、引入课题时应该引入一些贴近生活的物理现象，或者现代高端科技，减少学生压力，增加学生探究的兴趣。

2、实验过程应该与学生相互合作，让学生感受实验的乐趣，实验老师主在领导，锻炼学生的观察能力，和处理数据的能力。

3、与学生互动时应该语气幽默，潇洒，让学生搞到愉快。

（二）教学重点：

1、通过摩擦起电认识两种电荷，以及原子结构和原子得失电子的本领。

2、两种电荷的相互作用。

3、电荷量以及单位。

（三）教学难点：

1、知道电子在导体中的定向移动。

（四）教学器材：玻璃棒，橡皮棒，丝绸，毛皮，金属棒，验电器两个，ppt

（五）教学方法

一、引入新课

1、让同学们欣赏一下生活当中一些有趣的静电现象（如“怒发冲冠”现象，毛衣在夜晚发亮的现象）。

2、提出为什么氢气球在靠近头发时为什么头发会竖起来这样的现象？为什么在天气干燥时，在夜晚使劲抖动毛衣会有发亮的现象？

二、进行新课

1、摩擦起电：

师：现在我们来做一组实验，现在我的桌子上有两根玻璃棒，有两根橡皮棒，有一块丝绸和一块毛皮，现在我把两根玻璃棒都用丝绸摩擦两根橡皮棒用毛皮摩擦。我把这些玻璃棒和橡皮帮都靠近小纸屑，有些纸屑是不是被吸引起来了啊，那么说明玻璃棒带有电荷或者说玻璃棒带电啊。现在我用橡皮棒靠近小纸屑，是不是同样被吸引啊，那么说明这两根橡皮棒也带有电啊。那么实验证明摩擦是不是可以使物体带电啊。（摩擦好的棒子让两位同学给我拿好）好现在拿有玻璃棒的男孩把两根玻璃棒相互靠近不接触，问他有什么感觉。

学：有被排斥的感觉。

师：这位同学说有排斥的感觉，我们知道这两根玻璃棒都是用丝绸摩擦的，都带有同样的电荷，且为正电荷（板书），那么说明什么啥子？是不是同种电荷相互排斥啊。（板书）

师：现在我们用这两根橡皮棒相互靠近呢？

学：也有被排斥的感觉。

师；这两根橡皮棒是用毛皮摩擦的，带有同样的电荷，我们把用毛皮摩擦过得橡皮棒所带电荷叫做负电荷（板书），我们把玻璃棒与他接触，有什么感觉啊。

学：有吸引的感觉。

师：说明是不是异种电荷相互吸引啊。（板书）

师：现在我们知道了摩擦会使物体带电，或者说带有电荷，那么他带有电荷量的多少我们用符号C表示，这个C我们把他叫做库伦，以后说带电量的多少就说带有多少库伦。

师：刚才我们从宏观的角度判断出了同种电荷相斥，异种电荷相吸的物理规律，现在我们从微观的角度来简单分析一下。我们知道原子是由原子核和核外电子（带负电电荷量为1.6*10*-19次方）构成的，原子核又由质子（带正电）和中子构成。（板书）一个原子他带的质子数越多那么他约束电子的能力就越强，（板书，用NACl解释）所以说摩擦起电不是创造了电子，而是电荷从一个物体转移到另外一个物体上，是不是啊？

那么我们怎么判断一个物体是否带有电呢？我们又来做一个实验，我现在桌子上的试验器叫做验电器。

原理：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

提出疑问用玻璃棒和橡皮棒都带电的情况下接触验电器观察金属铂会张开吗？用金属棒接触验电器A(带电)和验电器B（不带电）再观察实验现象？

通过刚才的实验我们发现带有电荷的玻璃棒和橡皮棒与金属球接触后不张开，只有验电器B金属铂张开，说明金属杆中有电荷在定向移动。而玻璃棒和橡皮棒中的电荷不能定向移动。说明金属可以导电，叫做导体(因为有大量的自由电子)，而玻璃和橡皮不容易导电，叫做绝缘体。我们生活当中还有那些常见的绝缘体和导体啊。

学生：金属，人体，石墨都是导体。塑料和干布是绝缘体。

（六）课时：1课时

（七）学习小结：

1、摩擦起点

2、两种电荷，及相互作用

3、原子结构，导体与绝缘体

（八）板书设计：

1、用丝绸摩擦的玻璃棒带？

2、用毛皮摩擦的橡皮棒带？

3、同种电荷与异种电荷的作用？

4、电荷量，单位

5、原子的简单结构

15.1两种电荷(教案) 篇10

§15.1 两种电荷

【教学目标】

（一）知识与技能

1、认识摩擦起电现象，了解电荷的种类及电荷间的相互作用。

2、了解验电器的原理及其作用，了解电荷量及其单位。

3、了解原子结构，认识元电荷、自由电子和电荷的移动。

（二）过程与方法

1、通过实验活动感受摩擦起电，知道带电体的性质；

2、在认识自然界中只有两种电荷的过程中，感受人们所用的推理方法。

（三）情感态度价值观

1、注意观察静电实验现象，对电荷种类的研究产生兴趣，能主动利用简易器材动手做静电小实验, 激发学生主动学习的兴趣；

2、鼓励学生自己查找资料、培养学生的自学能力，引导学生关注社会、初步认识科学及相关知识对人类生活的影响

【教学重点】

1、摩擦起电的现象。

2、电荷间的相互作用规律。

3、电荷的概念和单位。

【教学难点】

1、从实验现象推理得出自然界中只存在两种电荷。

2、了解原子结构和金属导体中自由电子的存在。

【课前准备】

橡胶棒、玻璃棒、丝绸、验电器、水、矿泉水瓶、梳子

多媒体课件

【教学时间】 1课时 【教学过程】

（一）引入新课

1．观看动画“怒发冲冠”、录象“女孩头发竖起来”。

2、思考：当空气干燥时用塑料梳子梳头发，为什么头发会随梳子“飘”起来；如果我们身上穿了化纤衣服，衣服会粘在皮肤上，在晚上脱衣时，有时会发出响声，甚至出现火花。这些现象发生的原因是什么？

课题：15.1两种电荷

（二）进行新课

1、摩擦起电

师：我们先来做一个实验：老师利用矿泉水瓶在底部扎一小孔形成水流，先让梳子靠近水流观察现象，然后在头发上摩擦几下梳子再靠近水流观察现象。你看发生了什么现象？（学生观察：水

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流方向发生了变化）

师：摩擦以后梳子能吸引水流？因为摩擦起电，梳子带了电荷，具有吸引轻小物体的性质。（学生实验：先用塑料尺（或塑料梳子、圆珠笔、橡胶棒）靠近碎纸屑，看有什么现象。然后塑料尺、塑料梳子、圆珠笔和头发（玻璃棒和丝绸布、橡胶棒和毛皮）摩擦后，再靠近碎纸屑看有什么现象？（学生回答：摩擦后的梳子等能吸引小纸屑）

师：摩擦起电：用摩擦的方法使物体带电就叫摩擦起电。日常生活中你见过类似的摩擦起电现象吗？（讨论后举例）①在空气干燥的时候，用塑料梳子梳头发，头发会随着梳子飘起来； ②在干燥的秋冬季节，晚上脱毛衣时会发现一些小火花，并伴有“啪啪”的响声；③经常使用的电风扇，扇叶表面往往会带上一些灰尘；

2、两种电荷及电荷间的相互作用

师：我们已经知道用摩擦的方法使毛皮摩擦过的橡胶棒和丝绸摩擦过的玻璃棒都带上了电荷，那么它们带的电荷是否相同呢？带电的物体存在怎样的相互作用呢？

（1）演示实验：①用丝绸分别摩擦两根完全相同的玻璃棒，将一根玻璃棒放在支架上，用另一根玻璃棒靠近。你看到什么现象？说明了什么？②将毛皮摩擦过的橡胶棒放在支架上，用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近它。你看到什么现象？ 此现象又说明了什么？（学生讨论交流，并对照课本回答。学生：玻璃棒与橡胶棒所带电荷不同。）

师：自然界中只有2种电荷。用绸布摩擦的玻璃棒所带的电荷叫正电荷，可用“+”表示。用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷叫负电荷，可用“—”表示。

（2）师：根据刚才的实验，同学们说说2种电荷间存在怎样的相互作用呢？（学生回答：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。）练习：有三个带电体，若A排斥B，B吸引C，如果A带负电，则B带什么电，C带什么电。

（3）师：电荷的多少叫电荷量。电量的单位是库仑,简称库,符号是C。（4）如何检验物体是否带电──验电器 A、构造：金属球、金属杆、金属箔。

B、检验方法：检验时，把物体与金属板接触，如果物体带电，就有一部分电荷传到两片金箔上，金属箔由于带了同种电荷，彼此排斥而张开，所带的电荷越多，张开的角度越大。

C、工作原理：同种电荷相互排斥。

3、原子及其结构

学生思考：原子的结构是怎样的？通常情况下，为什么物体不带电？（学生看书思考）师：原子是由原子核和核外电子组成的。通常情况下，原子核所带的正电荷与核外电子所带的负电荷在数量上相等。原子整体不显电性，物体对外也不显电性。不同物质的原子核束缚电子的本领不同。束缚电子本领弱因为摩擦会失去电子带正电荷，得到电子的物体因为有了多余的电子而带负电荷。所以摩擦起电的实质是：电子的转移。

4、导体与绝缘体

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（1）、演示实验：1．取两个相同的验电器A和B，使A带电，B不带电，用金属棒把A和B连接起来。看有什么现象发生？说明了什么？（学生回答：B的金属箔片张开了师：说明金属杆中有电荷在定向移动。金属中存在大量可以自由移动的电荷，叫自由电子。可见金属是导电的，像金属这样善于导电的物体叫导体。常见的导体有：金属、人体、食盐水溶液、大地等）。

（2）接着老师让两个相同的验电器A和B，使A带电，B不带电，用塑料棒把A和B连接起来。看有什么现象发生？说明了什么？（学生回答：B金属箔片没有变化。师：电荷不能通过塑料杆定向移动。可见塑料不善于导电。我们就把不善于导电的物体叫绝缘体。常见的绝缘体有：橡胶、玻璃、塑料、陶瓷等。）

（三）学习小结

1、摩擦起电

2、两种电荷：正电荷、负电荷。

3、电荷间的相互作用。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

4、原子及其结构：原子是由原子核（带正电荷）和核外电子（带负电荷）组成的。

4、导体与绝缘体：导电的物体叫导体（因为有大量的自由电子）。不善于导电的物体叫绝缘体。（体内几乎没有自由电子）

（四）课堂练习

1.国际单位制中，电荷量的单位是（）Ａ．库仑

Ｂ．伏特

Ｃ．欧姆

Ｄ．瓦特

2.用与橡胶棒摩擦过的毛皮靠近与丝绸摩擦过的玻璃棒，则毛皮与玻璃棒（）A．相互吸引

B．相互排斥

C．无相互作用

D．无法判断 3.通草小球在带正电的物体附近被排斥，则小球（）

A．一定带正电

B．一定带负电

C．可能带负电

D．一定不带电 4.两个悬挂着的通草球，相互作用情况如图2所示，那么A球一定是（）

A.带正电荷

B.带负电荷C.不带电D.带与B球相同的电荷 5.三只轻球分别用丝线悬挂着，其中任意两只球靠近时都互相吸引，则下面结论正确的是（）

A．三球都带电B有两球带同种电荷，第三球不带电 C.只有一球带电D.有两球带异种电荷，第三球不带电

6如右图所示，A、B是两个完全相同的金属球，都放在绝缘支架上．A带大量负电荷，B带大量正电荷，用铜导线C连接两球，则（）

A．电子从B流向A，电流方向从A到B B．电子从A流向B，电流方向从B到A C．正电荷从B流向A，电流方向从A到B D．正电荷从A流向B，电流方向从B到A

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7.电扇使用一段时间后，扇叶很容易沾上灰尘，这是因为扇叶转动过程中带上了________，具有___________的性质，所以灰尘被吸在扇叶上。

8.我们经常在加油站看到一条醒目的警示：“严禁用塑料桶运汽油”。这是因为在运输过程中汽油会不断与筒壁摩擦，使塑料桶带________，造成火灾隐患。

9.如右图所示，在开关和小灯泡之间连接两个金属夹A和B，在两个金属夹之间分别接入硬币、塑料尺、铅笔芯、橡皮，闭合开关后，能使小灯泡发光的是（）

A．硬币和橡皮

B．硬币和铅笔芯 C．橡皮和塑料尺

D．铅笔芯和塑料尺

（五）布置作业

1．课后动手动脑学物理P35 1-3题 2．补充2题。

（六）板书设计

第一节

两种电荷

1、摩擦起电

2、两种电荷：正电荷、负电荷。

3、电荷间的相互作用。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

4、原子及其结构：原子是由原子核（带正电荷）和核外电子（带负电荷）组成的。

4、导体与绝缘体：导电的物体叫导体（因为有大量的自由电子）。不善于导电的物体叫绝缘体。（体内几乎没有自由电子）

【教学反思】

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电荷在导体上的分布演示实验改进 篇11

由于原实验不能保证在3次检验带电情况过程中导体带电量相等，所以我们对该实验进行了改进。

一、原实验方法

如图1，把导体安放在绝缘支架上，并使导体带电。然后用带绝缘柄的验电球P接触导体A点，再与验电器接触，检验A点带电情况。按同样的方法也可以检验B点、C点的带电情况。

二、改进后的实验方法

1.实验装置

如图2，用铁丝围成与尖形导体外形曲率一致的一段，把和导体平直部分相对的一端围成“U”形插入用木方做成的支架内。在铁丝上套两段塑料管，起绝缘作用。从香烟内的锡箔纸上剪两段宽为1.5cm、长为10cm（长短依支架高度而定）的箔片，把箔片的一端围个圈，用胶水粘牢，套在塑料管上（图中A、B位置），使支架高于导体2至3cm。

2.实验方法

让支架靠近导体，箔片和导体水平相距约6至7cm，保持箔片A、B与导体距离相等。使导体带电，由于静电感应可看到箔片B首先接触导体，说明B处所带的电荷多于A处。电荷在导体表面的分布是不均匀的：突出处电荷比较密集，平坦处电荷较为稀疏。

三、说明

1.箔片的长度、箔片与导体的水平间距根据实验情况而定，以保证实验效果最佳。即A刚好接触导体，B只有摆动趋势，不接触导体。

电荷教学设计 篇12

随着集成电路设计技术的实用技术突破, 数字电视技术逐渐成熟并普及, DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) , 作为一种将数字电视技术和移动设备相结合的国际标准, 已经被提出并且得到了一定的发展。随后, 人们又提出了一种DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) 的制式专门用于移动接收, 利用手机、电脑等便携设备, 随时随地收看数字电视已经成为当今世界的潮流。数字电视调谐器专用芯片的集成度越来越高, 全集成锁相环 (PLL, Phase locked-loop) 被广泛应用在数字电视调谐器芯片中, 电荷泵PLL是当今最流行的锁相环结构, 具有捕获频率范围宽, 锁定时相位误差小等优点, 被广泛应用于现代通信和射频领域中。鉴频鉴相器和电荷泵作为锁相环电路的关键模块, 其设计已成为研究热点。

本文采用SMIC 0.13μm CMOS工艺, 设计了一种结构简单且低功耗的鉴频鉴相器电路和充放电电流高度匹配的电荷泵电路。

2. 电荷泵锁相环的基本原理

电荷泵锁相环由五部分组成:鉴频鉴相器 (PFD) 、电荷泵 (CP) 、低通滤波器 (LPF) 、压控振荡器 (VCO) 和分频器 (Divider) , 如图1所示。PFD对参考信号和PLL分频信号进行鉴频和鉴相, 并输出信号控制电荷泵充、放电脉冲电流, CP把PFD输出的数字信号转化为脉冲电流, LPF对CP提供的电流脉冲积分, 产生对VCO的控制电压, 从而构成反馈回路[1]。

当输入信号的频率fref与VCO的输出信号频率fout相差很大时, PFD起鉴频的作用, 产生一个与ωin-ωout成正比的直流电压分量, 通过CP和LPF加到VCO的控制端, 使VCO输出信号频率迅速接近fref。当频率差减到足够小时, 相位锁定功能开始工作, 这时PFD相当于鉴相器, 使环路锁定。电荷泵锁相环是当今最流行的锁相环结构, 具有捕获范围宽, 锁定时相位误差小的优点。

3. 鉴频鉴相器电路设计

边沿触发式PFD在[-2π, +2π]范围内输出与输入相位误差成线性关系, 应用于大多数电荷泵锁相环电路中[2]。本文设计的PFD电路为一种经典的上升沿边沿触发式PFD结构, 整个PFD结构如图2所示, 该PFD电路包括带有复位端的D触发器、或非门、延时单元等模块。

该PFD电路中D触发器电路原理图如图3所示, 该D触发器电路结构简单, 无静态功耗, 动态功耗很低[3]。

PFD电路中的复位信号由D触发器的输出端Qn经过或非门反馈到复位端, 由于实际的PFD电路中存在鉴相死区, 本文采用两级反相器级联构成延时单元, 来增加D触发器复位信号的回路延时, 使得PFD的输出信号的脉宽始终大于固有脉冲宽度, 从而消除鉴相死区。

在CMOS工艺中, 电荷泵通常使用PMOS管和NMOS管分别组成电流源和电流沉, 电流源需要低电平开关信号打开, 而电流沉则需要高电平开关信号打开。本文中PFD的输出信号UP经过一级反相器和传输门得到UPI信号, 另一路输出信号DW经过两级反相器得到DWI信号, 分别接到电荷泵的输入端。

4. 电荷泵电路设计

电荷泵是电荷泵锁相环中非常重要的模拟电路模块, 它的主要功能是将PFD输出的数字信号UP和DW转换成连续的模拟信号, 来控制VCO的振荡频率。

传统的电荷泵电路都使用MOS管开关, 并由两个带开关的电流源组成。本文在传统电荷泵电路的基础上[4], 采用与电源电压无关的基准电流源电路, 引入运算放大器和共源共栅电流镜电路, 设计实现了一个充放电电流高度匹配的电荷泵电路[5], 电路结构如图4所示。

电荷泵电路中的OPA采用文献[6]中的n沟道输入折叠共源共栅运算放大器的电路结构, 其中运放的增益为77dB, 相位裕度大于85度。

5. 芯片版图设计及后仿真结果

版图设计时, PFD版图的MOS管以及金属走线采用完全对称结构, 避免不对称而带来的延时不同所造成的影响。CP电路版图中镜像电流源采用对称结构设计, 从而实现电流的精确镜像。PFD作为数字电路, 对噪声比较敏感, 故PFD和CP采用独立电源供电。本次设计采用的是SMIC公司的0.13μm双阱、单层多晶硅、八层金属标准CMOS工艺, 基于Cadence软件平台使用Spectre RF Virtuoso工具进行版图设计。

对电荷泵充放电电流的匹配度进行后仿真, 仿真结果如图5所示。

后仿真结果表明, 在1.2V电源电压下, 电荷泵的输出电压在[0.18, 1.12]V范围内时, 电荷泵的充放电电流为100μA, 电流失配率为0.08%。PFD和CP的总功耗为1.4mW。

6. 结论

本文设计了一种低功耗的鉴频鉴相器和电荷泵电路, 电荷泵电路实现了充放电电流的高度匹配, 提高了电荷泵锁相环的性能。

摘要：采用SMIC0.13μm CMOS工艺, 设计了一种低功耗的鉴频鉴相器和电荷泵电路。其中电荷泵采用与电源电压无关的基准电流源电路, 引入运算放大器和共源共栅电流镜电路, 实现了电荷泵充放电电流的高度匹配。后仿真结果表明, 在1.2V电源电压下, 电荷泵的输出电压在[0.18, 1.12]V范围内时, CP的充放电电流为100μA, 电流失配率为0.08%。鉴频鉴相器和电荷泵电路的总功耗为1.4mW。

关键词：锁相环,鉴频鉴相器,电荷泵,电流匹配

参考文献

[1]李智群, 王志功编著。射频集成电路与系统。科学出版社, 2008年8月

[2]毕查德.拉扎维著, 陈贵灿, 程军, 张瑞智译。模拟CMOS集成电路设计。西安交通大学出版社, 2003年2月

[3]Won-Hyo Lee, Jun-Dong Cho, and Sung-Dae Lee.A High Speed and Low Power Phase-Frequency Detector and Charge–pump.Design Automation Conference Asia and South Pacific, Vol.1, pp:269-272, 1999

[4]Jae-Shin Lee, Min-Sun Keel, Shin-I1Lim and Suki Kim.Charge pump with perfect current matching characteristics in phase-locked loops.ELECTRONICS LETTERS, Vol.36, No.23, pp:1907, Nov2000

[5]薛红, 李智群, 王志功等。低杂散锁相环中的电荷泵设计。半导体学报, 第28卷第12期, 2007年12月, 页码:1988-1992