电势能和电势-教学设计

1、电势能与电势教学设计安徽蚌埠怀远包集中学王雷【教材分析】本节内容为物理选修 3-1中第一章静电场中第四节的教学内容，它处在电场强度之后，位于电势差之前, 起到承上启下的作用。它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法达到对新知 识的探究，同时让学生就具体的物理知识迁移埋下思维铺垫。教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。进而指出这个 结论对非匀强电场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。电场力做功的过 程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。对 学生能力的提高和

2、对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。【教学目标】1 .知识与技能 理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。 理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。 明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。 了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。2 .过程与方法 通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。 培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。 通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。培养学生利用物理语言分析、思考、描述 概念和规律的能力。3 .情感、态度与价值观 尝试

3、运用物理原理和研究方法解决一些与生产、生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。利用知 识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。 利用等势面图象的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美 的感受力和鉴别力。 在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。【教学重点和难点】1 .重点理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。2 .难点掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。【教学课时】 2课时【实验器材准备】 挂图【教学方法】 理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、体验探究【教学过程】复习前面相关知识。1 .

4、静电力，电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。2 .复习功和能量的关系：如图所示从静电场中静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么转 化为试探电荷的动能？由引入新课。第四节、电势能和电势一、静电力做功的特点让试探电荷q在电场弓1度为E的匀强电场中沿几条不同路径从 A点运动到B点，我们来计算这几种情况下 静电力对电荷所做的功。直线颔斜直线曲头W= F|AB| = qE|AB| W= F|AB|cos 0 = qE|AB|W= W1+W2+W3+其中 F = qE|AM|分析三种情况下的做功的数据结果， 结合具体的问题情景，从中找到共同点和不同点，

5、联系前面所学的知识，归纳得出相关的物理知识。从中发现问题和知识结论。结论：静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。拓展：该特点对于非匀强电场中也是成立的。二、电势能寻找类比点：力做功只与物体位置有关，而与运动路径无关的事例在物理中有哪些呢？属于什么能？（移动物体时重力做的功与路径无关同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能。）思考：静电力做功也与路径无关，是否隶属势能？我们可以给它一个物理名称吗？1 .电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做 电势能。电势能用Ep表示。【思考与讨论】 如果做功与路径有关，那能

6、否建立电势能的概念呢？2 .讨论：静电力做功与电势能变化的关系I '恭，+两者M知匕,查T / / /找相同和不同之处K / V* Y T / * * * / J ¥ fr"曾体荏地面附近下胸，重力酉期体正功总电力做正功，电势能激少鬟力幽I懿少;力做余动,景力势福增加d 傍电力做强功,电势南国加通过知识的类比，让学生能从中感受到新知识的得出也可以通过已有获取。静电力做的功等于电势能的变化。功是能量变化的量度。电场力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而他们总量保持不变。Wab = ( EpBEpA) = EpAEp【思考讨论】对不同

7、的电荷从 A运动到B的过程中，电势能的变化情况:正电荷从A运动到B做正功，即有 Wab>0,则EpA>EpB,电势能减少。正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。负电荷从A运动到B做正功，即有 Wab<0,则EpA>EpB,电势能增加。<EPB,电势能增加。< p>负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。对此分析得出：电势能为系统所有，与重力势能相类似。3 .求电荷在某点处具有的电势能问题讨论：在上面讨论的问题中，请分析求出A点的电势能为多少？学生思考后无法直接求出，不妨就此激励学生，并提出类比方法。类比分析：如何求出 A点的重力势能呢？进而联系到电势

8、能的求法。¥W皿=£靴£理可加， £pa=Wc+Epb选S为参考点即 Epb*U* Ew*WabEp&-O?gji则EpA = Wab (以B为电势能零点)电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置撕所做的功。4 .零势能面的选择通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。正点电荷的电场中负点电荷的电场中epe-=- 0e 无限远e无限远正电荷在电场中，其即始终为正 正电荷在电场中，其即始终为负 贺电荷在电场科其均始终为负 负电荷在电场中，其Ep始终为正拓展：求电荷在电场中 A、B两点具有的电

9、势能高低。将电荷由A点移动到B点，根据静电力做功情况判断。若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在 A点电势能大于在B点的电势能。反之静电力做负功，电势能 增加，电荷在A点电势能小于在 B点的电势能弄清正、负电荷在电场中电势能的不同特点，判断其做功特点再进行判断。通过对不同内容的拓展，引导学生能通过自己对不同事例的分析，知道对问题考虑的全面性有所了解，同 时能正确认识到在分析问题时还应该思考问题的不同侧面，达到对问题的全面解决。提高思维的深度和发 散能力，达到对物理学习全面化的探究要求。三、电势我们通过静电力的研究认识了电场强度，现在要通过电势能的研究来认识另一个物理量电势。它同样 是表征电场性

10、质的重要物理量度。A推广不同；ng司工*©-B-q_ _ _ *相同:：EIae 不同t q、Q通过类比可见，若用左图中的Ep/m,或右图中的Ep/q,它们的值是相同的。如何来表征这个相同的量呢？上面讨论的是特殊情况，下面我们来讨论一般情况:（如图）让学生很快能想到用比值定义法来定义物理量，对知识活学活用。1EpA = qE 场 Lcos 0EpA/q都是相同的。对电场中不同位置，由于 L与。可以是由电场中这点的位置决定的， 跟试探电荷本身无关。可见，EpA与q成正比，即电势能跟电荷量的比值 不同，所以这个比值一般是不同的。电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值, 得出结论后，

11、引导学生类比电场的得来过程，提出新的物理量一一电势。1 .定义：电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用小表示。表达式:小=Ep/q （与试探电荷无关）2 .电势是标量，它只有大小没有方向，但有正负。3 .单位：伏特（V） 1V= 1J/C 物理意义：电荷量为1C的电荷在该点的电势能是 1J,则该点的电势就是IV。以上结论由学生得出，自己能用所学知识进行简单的描叙，培养相关应用归纳知识的能力。 思索：如何来判断电势的高低呢？让学生明白：根据静电力做功的正负，判断电势能的变化，进而判定电势的高低。现通过具体情景来进行 分析。*A1牛 EE I m&-hR正电荷电

12、史能喊着电场方向遽浙减少. 则电势逐渐降低4 .电场线指向电势降低的方向。 电势顺线降低；顺着电场线方向，电势越来越低。与电势能相似，我们知道 Ep有零势能面，因此电势也具有相对性。引导学生得出：应该先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。5 .零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选 择。因此电势有正负之分，是由于其零电势的选择决定。通常以大地或无穷远默认为零。与零电势能的位置规定是否有相似之处呢？与知识进行类比，从前面的结论中领会到知识的相通性，能对知识进行类比应用。【思考与讨论】参看书上的问题进行思考与讨论，然后思考

13、若是q当做负电荷来进行研究，其结果是否一样呢？等 F 4E无限通在用的电场中，电势都为正常他越近电势越高四、等势面E无限远在-Q的电场中，电势都为负值;在地理课上常用等高线来表示地势的高低。今天我们学习了电势的知识后，那我们可以用什么来表示电势 的高低呢?学生：在电场中常用等势面来表示电势的高低。1 .等势面：电场中电势相同的各点构成的面。【体验性实践】寻找等势面：找正点电荷和带电平行金属板中的等势面。点咆指吊淤号电图的平打檄一义大一员小的导体通过体验性实践活动，让学生明白到如何去寻找等势面，达到对后续结论探究创设前置氛围。观看挂图，从中寻找不同电场中等势面的不同和相同点，进行合理猜想。2 .

14、等势面与电场线的关系在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，静电力不做功。Wab = EpA 一 Epb= q（）a q（）b = 0讨论：什么情况下会出现力做功为零的情况？引导分析得出：F±v电场线跟等势面一定垂直，即跟电场强度的方向垂直。引导学生用反证法达到证明的目的，加深对知识点的应用。而沿着电场线的方向，电势越来越低。归纳总结可得出：电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。若两个相邻的等势面间的电势之差是相等的，则能得到书上图1. 4-5的图形。观看图形或挂图，结合电场线的特点，可得出结论。等势面越密，电场强度越大。等势面不相交、不相切。3

15、 .应用等势面：由等势面描绘电场线方法：先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面的关系，绘出电场线的分布，于是我们就知道电场的情况了。【体验性实验】测绘两个异种点电荷的静电场分布。加强体验性实验的教学，让学生形成深刻印象，达到对知识应用能力的提高。【板书设计】第四节、电势能和电势 一、静电力做功的特点 结论：静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。 二、电势能1 .电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势 能我们叫做电势能。电势能用 Ep表示。2 .讨论：静电力做功与电势能变化的关系WAB = 一( EpB - EpA

16、) = EpA - Epb3 .求电荷在某点处具有的电势能4 .零势能面的选择 三、电势1 .定义：4= Ep/q2 .电势是标量，它只有大小没有方向，但有正负。3 .电场线指向电势降低的方向。电势顺线降低；顺着电场线方向，电势越来越低。4 .零电势位置的规定。四、等势面1 .等势面：电场中电势相同的各点构成的面。2 .等势面与电场线的关系3 .应用等势面：由等势面描绘电场线【体验性实验】测绘两个异种点电荷的静电场。【教学反思】通过实践教学，重在让学生有对比的观点去学习物理知识。课中多次用到类比的物理思想，让学生对知识有更多的牵连，能对前面的知识达到灵活的应用，牵带多种方法学习物理知识，同时也

17、反映出了选修3-1的设计思想。选修311.4 电势能和电势教学目标：知识与技能1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。2、理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。明确电势能、电势、 静电力的功、电势能的关系。了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关 系。过程与方法通过与前面知识的结合， 理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。情感态度与价值观尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。教学重点：理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。教学难点：掌握电势能与做功的关系，并能用

18、此解决相关问题。预习案1 .静电力（电场力）做功跟重力做功有相同的特点，即这种保守力做的功跟有关，跟无关。2 .正是由于上述特点，所以静电力做功会对应一种势能的变化，这种势能叫3.中会具有电势能4 .电荷在电场中某点具有的电势能，等于功。6.电势的定义是：. 一7顺着电场线的方向电势8等势面是由定义式O电场线总是跟等势面相交,并且等势面指向的等势面。9.你能记住几种电场的等势面分布？一教学案、复习导学1 .静电力、电场强度概念,2 .回顾重力做功的特点是什么静电力做功使试探电荷的哪个物理量发生了改变？说明物体获得怎样的能量呢？今天我们就从这个问题入手，来探究是什么能转化为试探电荷的动能？二、合

19、作探究1 .静电力做功的特点结合课本图1。4-1 （右图）分析试探电荷 q在场弓虽为E的均强电场中沿不同路径电场力做 功的情况。思考：1生活中从A运动到B的路径几条？在运动的过程必须有哪个物理量的作用？ 的匀强电场，带电量为 q的试探电荷A沿折线从A到M再从M到B从A运动到B有几条路径？在运动过 程中受到哪个力的作用？q沿直线从A到Bq沿任意曲线线A到B练习：试求出上述3幅图中静电力做功是多少？（自己独立完成解题过程）由公式 W= Fs - cos = qEs - cos （s 为电荷初末位置在电场方向上的位移）思考：带正电的试探电荷在匀强电场中由A点沿不同的路径运动到 B点过程中静电力做的功

20、相同吗？类比重力做功，当电荷沿轨迹3运动时，可把它分成很多小段位移，而每一小段都可分解成与静电力垂直和平行两部分，所有平行于静电力方向的位移之和等于AC的长度，故静电力所做功为W=qE I AC L结论：静电力做功与 路径无关，只与电荷的起始位置和终止位置有关。说明：上述结论对于非匀强电场仍适用。静电力做功的特点：2 .电势能（与重力做功类比）疑惑：做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能 呢？类比重力做功与重力势能的关系，静电力对电荷做正功时其电势能 运L动能增如，静电力对电荷做负功时其电势能 增加,动能减少。由此可知：电荷在电场中不同的位置也具有 不同的势能

21、，我们把这种势能称为电势能。电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有能，这种势能叫做电势能。静电力做功与电势能变化的关系的探究分析正电荷在匀强电场中从 A到B和从B到A移动过程分析：第一幅：电场力方向 电荷的运动方向 说明电场力的方向与电荷的运动方向电场力做 功.第二幅：电场力方向 电荷的运动方向 说明电场力的方向与电荷的运动方向 电场力做 功.思考1:如果说“功是能量变化的量度”那么电场力做功是什么能的量度呢？静电力做功与电势能变化的关系？结论1:功是能量转化的量度，电场力对电荷做正功，电荷的电势能 电场力对电荷做负功，电荷的电势能 故静电力所做的功等于电荷电势能

22、的 减少量，即WabEpa Epb 表达式说明了静电力做功与电势能变化的关系）例1.如图，在场强 E 103N；C的匀强电场中，点电荷q=+1c从A移动到B,AB相距L=1m,电场力做功为多少？电势能如何变化？电荷在B点的具有的电势能多大？，E思考2:当我们规定电荷在B点所具有的电势能为零时，电荷在A点所具有的电势能Epa ,即电荷在某点的电势能，等于 把它从该点移动到 位置时所做的功。结论2.电荷在某点的电势能， 等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功规定：通常把电荷在离场源电荷 无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上电势能规定为零。3、电势能是相对的，与零电势能面有关电势能为

23、负表示电荷在该处的电势能比零还要小4、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性5、电势能是标量6、重力势能与电势能的类比重力场中，重力：地球和 物体之间存在的吸引力电场中,电场力：电荀之 间的作用力TT重力就行重力势能Ep=mgh有电场力就有相应的能.理电势能用Ep由物体和地而间的相对 位置决定由电荷间的杞对位置决定重力做功，重力势能改变 f重力做正功，重力势能就减少, 1重力做负功，重力势能就增加电场力作功，电势能改变/电场力做正功，电势能就减少 1电场力做负功，电势能就增加平重二 EpEpjV电二EpQ降思考：静电力做功与重力做功的差异？为什么会有这样的差异?由于电荷的电性 之分，正电荷沿着

24、电场线方向移动时，静电力做功,电势能；而负电荷沿着电场线方向移动时，静电力做功，电势能；即等量的不同电荷在电场中同一位置所具有的电势能是 问题一、判断电荷在电场中 A、B两点具有的电势能高低（仔细观察教材 力图1.4-2 ; 1.4-3）（将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在 A点电势能大于在 B点的电势能，反之电场力做负功， 电势能增加，电荷在B点的电势能小于 在B点的电势能。)问题二、求电荷在电场中某点具有的电势能(电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。如上式若取B为电势能零点，则 A点的电势能为：Epa

25、 Wab qELAB)3 .电势-(表征电场性质的重要物理量度)1.在重力场中可以把物体的重力势能与它的质量的比值定义为重力势。如果物体在地面上 的重力势能为零，试写出重力势的表达式(1)定义： 的比值，叫做这一点的电势。 用 表 示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。(2)公式： (与试探电荷无关)(3)单位：伏特(V(4) 电势与电场线的关系： (5)零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择.(大地或无穷远默认为零)(6)正试探电荷沿电场线方向移动，其电势能 减小，电势逐渐降低，故沿电场线方向电势 逐渐降低。例2、把q=4X 10-9C

26、的试探电荷放在电场中的势A.A点，具有6X10-8 J的电势能，求A点的电例3.在同一条电场线上有 A B两点，已知将 q从A点移到B点，外力克服电场力做功，则电场线的方向是由 点指向 点的；A、B两点比较，点的电势高。4.等势面.定义： .等势面的性质：P191 5).等势面的用途： .画出几种电场的电场线及等势面(教材5几种电场的电场线及等势面等量同种电荷连线和中线上连线上：中点电势中线上：由中点到无穷远电势 , 无穷远电势 等量异种电荷连线上和中线上连线上：由正电荷到负电荷电势逐渐减小。中线上：各点电势相等且都等于零。3.电场中两个电势不同的等势面能不能相交？说明理由巩固案1.下列说法正确的是（）A.在电场中顺着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少B.在电场中逆着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少C.在电场中顺着电场线移动正电荷，电场力做正功，电荷电势能减少D.在电场中逆着电场线移动负电荷，电场力做负功，电荷电势能增加2.一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点电场力做了jy5X 10-6J的功，那么（）k0dA.电荷在B处时将具有5X10-6J的电势能'B.电荷在B处将具有5X10-6J的动能一-C.电荷