2024-2025学年高中物理 第1章 4 电势能 电势与电势差教案 教科版选修3-1

2024-2025学年高中物理第1章4电势能电势与电势差教案教科版选修3-1授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间课程基本信息1.课程名称：高中物理——电势能与电势差

2.教学年级和班级：高中物理选修3-1，高一年级

3.授课时间：2024年10月10日

4.教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标本节课的核心素养目标为：

1.理解电势能、电势与电势差的概念，掌握它们的计算方法。

2.能够运用电势能、电势与电势差的概念分析实际问题，提升解决实际问题的能力。

3.培养学生的科学思维和科学探究能力，通过实验观察和数据分析，深入理解电势能、电势与电势差之间的关系。

4.培养学生的团队协作和沟通能力，在小组讨论和实验过程中，提高合作能力。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

在开始本节课之前，学生应该已经掌握了以下知识点：

-基本电荷概念

-库仑定律

-电场强度

-电场线

此外，学生应该具备一定的数学基础，包括代数和几何知识，能够进行简单的数学推导和计算。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

兴趣：学生对于探究自然现象和解决实际问题通常具有较强的兴趣。通过引入与生活相关的实例，可以激发学生对电势能、电势与电势差的学习兴趣。

能力：学生在空间想象、逻辑推理和数学计算方面具备一定的能力。这些能力在本节课的学习中将起到重要作用。

学习风格：学生的学习风格各异，有的喜欢通过听讲理解新知识，有的喜欢通过实验和操作来探索问题。教师应根据学生的不同学习风格，采用多种教学方法和策略，以满足学生的学习需求。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

-电势能、电势与电势差的概念较为抽象，学生可能难以理解其本质。

-电势能、电势与电势差的计算和推导过程较为复杂，学生可能难以掌握。

-学生可能对于如何将理论知识应用于实际问题解决中感到困惑。

-在实验过程中，学生可能遇到测量误差、实验操作不熟练等问题。教学资源1.软硬件资源：多媒体投影仪、白板、计算器、实验器材（包括电压表、电流表、电子秤、导线、电源等）。

2.课程平台：纸质教科书、课堂讲义、在线学习平台（如有）。

3.信息化资源：相关教学视频、动画、在线互动讨论区。

4.教学手段：讲解、示范、实验、小组讨论、问题解答、互动提问。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对电势能、电势与电势差的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道电势能、电势与电势差是什么吗？它们在物理学中有什么重要性？”

展示一些关于电势能、电势与电势差的图片或视频片段，让学生初步感受它们的应用场景。

简短介绍电势能、电势与电势差的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.电势能、电势与电势差基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解电势能、电势与电势差的基本概念、计算方法和原理。

过程：

讲解电势能、电势与电势差的定义，包括其主要计算方法和公式。

详细介绍电势能、电势与电势差的计算方法和步骤，使用图表或示意图帮助学生理解。

3.电势能、电势与电势差案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解电势能、电势与电势差的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的电势能、电势与电势差案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解电势能、电势与电势差的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用电势能、电势与电势差解决实际问题。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与电势能、电势与电势差相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的计算方法、应用场景以及可能的改进方向。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对电势能、电势与电势差的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的计算方法、应用场景及改进方向。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调电势能、电势与电势差的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括电势能、电势与电势差的基本概念、计算方法和案例分析等。

强调电势能、电势与电势差在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用电势能、电势与电势差。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于电势能、电势与电势差的短文或报告，以巩固学习效果。学生学习效果1.理解并掌握电势能、电势与电势差的基本概念、计算方法和原理，能够运用这些知识解决简单的物理问题。

2.能够运用电势能、电势与电势差的概念分析实际问题，提升解决实际问题的能力。

3.通过实验观察和数据分析，深入理解电势能、电势与电势差之间的关系，培养学生的科学思维和科学探究能力。

4.在小组讨论和实验过程中，提高学生的团队协作和沟通能力，学会与他人合作解决问题。

5.培养学生的创新意识，能够提出关于电势能、电势与电势差的新想法和创新性的解决方案。

6.增强学生对物理学的学习兴趣，激发学生对电势能、电势与电势差进一步学习和探索的欲望。

7.通过撰写课后作业，巩固学生对电势能、电势与电势差的理解和应用能力，提高学生的写作和表达能力。

8.培养学生的自主学习能力，学会通过查阅教材、参考资料等方式，主动获取和掌握新知识。

9.提高学生的数学能力，能够熟练运用代数和几何知识进行电势能、电势与电势差的计算和推导。

10.培养学生的批判性思维，能够对电势能、电势与电势差的相关知识进行分析和评价，提出自己的见解和疑问。典型例题讲解七、典型例题讲解

例题1：

问题：一个正电荷q=5×10^-6C位于坐标原点，另一负电荷q=-3×10^-6C位于x轴上，距离原点3m，求电荷在原点的电势能。

答案：

电势能的计算公式为UE=qφ，其中φ为电势。由于电势是标量，我们只考虑大小。

电势能UE=qφ=5×10^-6C×φ

由于电荷在原点，电势φ可以用电势差U来表示，即φ=U。

电势差U可以用公式U=Ed计算，其中E是电场强度，d是电荷间的距离。

电场强度E=kQ/r^2，其中k是库仑常数，Q是另一电荷的电量，r是电荷间的距离。

代入数据得：E=(9×10^9N·m^2/C^2)×(-3×10^-6C)/(3m)^2

E=-3×10^3N/C

电势差U=Ed=(-3×10^3N/C)×(3m)=-9×10^3V

因此，电势能UE=qφ=(5×10^-6C)×(-9×10^3V)=-4.5×10^-3J

例题2：

问题：在x轴上，距离原点2m处有一电荷q=2×10^-6C，在y轴上，距离原点1m处有一电荷q=-4×10^-6C，求电荷在原点的电势能。

答案：

同样，我们首先计算电势差U。

电场强度Ex=kQ/x^2，Ey=kQ/y^2

由于电荷在不同的坐标轴上，我们分别计算沿x轴和y轴的电势差。

Ux=Exd=(9×10^9N·m^2/C^2)×(2×10^-6C)/(2m)^2=9×10^3V

Uy=Eyd=(9×10^9N·m^2/C^2)×(-4×10^-6C)/(1m)^2=-3.6×10^4V

总电势差U=√(Ux^2+Uy^2)=√((9×10^3V)^2+(-3.6×10^4V)^2)=6×10^3V

电势能UE=qφ=(2×10^-6C)×(6×10^3V)=1.2×10^-3J

例题3：

问题：两个点电荷分别为q1=3×10^-6C和q2=-5×10^-6C，它们相距r=4m，求它们之间的电势差。

答案：

电势差U可以用公式U=k(q1/r-q2/r)计算。

U=k(q1/r-q2/r)=(9×10^9N·m^2/C^2)×[(3×10^-6C)/(4m)-(-5×10^-6C)/(4m)]

U=(9×10^9N·m^2/C^2)×(8×10^-6C)/(4m)

U=(9×10^9N·m^2/C^2)×(2×10^-6C)/(m)

U=1.8×10^3V

例题4：

问题：在x轴上，距离原点5m处有一电荷q=7×10^-6C，求该电荷在距离其2m处的点的电势。

答案：

电势φ可以用公式φ=kQ/r计算。

φ=kQ/r=(9×10^9N·m^2/C^2)×(7×10^-6C)/(5m)

φ=(9×10^9N·m^2/C^2)×(7×10^-6C)/(2.5m)

φ=(9×10^9N·m^2/C^2)×(2.8×10^-6C)/(m)

φ=2.52×10^3V

例题5：

问题：在空间中，有两个点电荷，q1=4×10^-6C，q2=-2×10^-6C，它们之间的距离r=6m，求它们之间的电势能。

答案：

电势能UE可以用公式UE=kq1q2/r计算。

UE=kq1q2/r=(9×10^9N·m^2/C^2)×(4×10^-6C)×(-2×10^-6C)/(6m)

UE=(9×10^9N·m^2/C^2)×(-8×10^-12C^2)/(6m)

UE=-1.2×10^-3J教学反思与改进在回顾本节课的教学过程和学生的学习效果后，我觉得在以下几个方面进行反思和改进：

首先，对于电势能、电势与电势差的概念讲解，我意识到需要更直观地引导学生理解这些抽象的概念。虽然我使用了图表和示意图，但部分学生仍然感到难以理解。因此，我计划在未来的教学中增加更多实际例子，让学生能够更好地联系到实际生活中，以提高他们的理解能力。

其次，在典型例题讲解环节，我发现学生对于如何将理论知识应用于实际问题解决中存在困惑。为了改善这一点，我计划在学习每个例题后，引导学生进行小组讨论，探讨如何将所学知识应用于解决实际问题。这样可以帮助学生更好地理解电势能、电势与电势差在实际中的应用，并培养他们的问题解决能力。

此外，我也注意到学生在课堂互动和提问环节较为被动。为了鼓励学生积极参与，我计划设计更多的互动环节，如小组竞赛、角色扮演等，以激发学生的学习兴趣和参与度。同时，我也会给予学生更多的鼓励和肯定，以增强他们的自信心。

最后，对于课后作业的布置，我意识到需要更多地将作业与学生的实际生活相结合，以提高他们的实践能力。我计划布置一些与电势能、电势与电势差相关的实践性作业，如让学生观察和分析周围环境中的电势现象，并撰写观察报告。教学评价与反馈课堂表现：学生在课堂上的表现总体上是积极的。大多数学生能够认真听讲，积极参与讨论和提问环节。然而，我发现部分学生在理解电势能、电势与电势差的概念时仍然存在困难，需要进一步的指导和帮助。

小组讨论成果展示：小组讨论成果展示环节中，各小组能够积极参与，并提出了一些有创意的想法和解决方案。我发现学生们在小组讨论中能够更好地理解和应用电势能、电势与电势差的概念，表现出较强的团队合作和沟通能力。

随堂测试：随堂测试结果显示，大多数学生能够正确理解和应用电势能、电势与电势差的概念，解决相关的物理问题。然而，仍有部分学生在解决实际问题时的应用能力较弱，需要进一步的指导和练习。

学生作业：学生提交的课后作业总体上是认真完成的。大多数学生能够正确理解和应用电势能、电势与电势差的概念，并能够运用所学知识解决实际问题。然而，仍有部分