电势能和电势-高三-物理-教学设计

《电势能和电势》教学设计李萍西安国际港务区铁一中陆港高级中学一、教材分析（一）普通高中物理课程标准要求及分析课程标准要求：知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势的含义。课程标准分析：本条目要求学生通过与重力势能进行对比之后引入，了解电荷在电场中的电势能，知道静电力做功与电势能变化的关系。体验类比法在科学研究中的作用。（二）本节内容分析本节内容在电场强度之后电势差之前起到承上启下的作用。学习本节内容为后面学习电势差、电功、电动势、磁场中的能量转化奠定一定的基础，本节内容也是对功能关系的补充和完善。同时本节课采用微元法、类比法等多种物理思维方法。教材中将静电力做功特点与电势能的概念等内容类比重力做功特点、重力势能进行讲解，理解难度较小。从电场对电荷做功的角度出发，推出匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关，进而推出对非匀强电场也适用。通过与重力势能类比，说明电荷在电场中也具有电势能。电场力做的功等于电势能的减少量，但不能决定电荷在电场中的电势能的数值。要确定电荷在电场中某点的电势能，需要先规定零电势能面。通过对试探电荷在电场中具体位置的电势能的分析，知道比值定义法表示电场另一方面的性质——能的性质——电势，体会类比法也是科学研究中的一种重要方法。通过具体电场中电势的分析，了解电势的客观性、标矢性和相对性。本节内容要求学生理解电场中能的性质，理解难度大，是本节的重点和难点。二、学生学情分析在学习本节知识之前，学生已经对重力做功的特点、重力势能的相关规律有了一定的认识，也已经通过上一章的学习，对从力的角度描述静电场有了初步的了解。在以往的学习中，学生接触过类比法，能通过对相似知识点的对比分析得出结论。但由于静电场的知识，特别是从能量角度加以描述的知识比较抽象，学生在充分理解相关内容的过程中必然存在一定的困难，需要教师结合学生的分析进行由浅入深的引导。教学素养目标（一）物理观念：通过对电势能、电势概念的学习，知道电场存在能量属性，拓展对能量多样性的认识。（二）科学思维：在探究静电力做功的特点过程中再次领悟微元法的精妙之处；理解类比法的应用。（三）科学探究：通过与重力势能类比的方法对电势能进行研究，推导出电势能与静电力做功的关系。（四）科学态度与责任：通过电势概念建立的探究过程，培养学生敢于发表自己观点，善于合作的良好习惯。四、教学重点、难点电势概念的建立既是重点也是难点。五、教学方法及分析（一）讲授法由于要完成课堂教学任务，全部知识由学生自己探究获得是不切实际的，故而应该辅之以讲授法，来辅助学生学习知识，从而使得课堂教学更加有序有效的进行。（二）启发式教学在探究学习的过程中，为了使老师起到更好的引导作用，避免学生走一些没有必要的弯路，故而采用启发式教学，提出一系列有逻辑顺序的问题，引导学生思考、回答，老师做适当的补充、小结。（三）小组合作探究教学中，通过一些引导性的问题，创设一些问题情境，引发学生的思考、引出探究的问题。然后，学生将以小组合作的形式进行学习与探究。这既让学生体验探究的各个环节，又让学生学得物理知识。同时，注意知识的运用，培养学生要理性分析、善于思考的能力。总之，学生学习的主体地位不能变，教师教学的主导地位要坚持，教师的引导作用要时时刻刻体现。六、教学辅助条件及分析（一）辅助条件：PPT、演示实验、希沃白板倒计时功能。（二）分析：PPT：利用PPT可形象直观的将内容呈现在学生面前，大大增加了课堂的容量。演示实验：实验导入新课，既直观形象，又能快速集中学生的注意力，激发学生的学习兴趣。倒计时功能：在合作探究时限时，让学生有适当的紧迫感，这样可提升课堂效率；在目标检测时限时，可提高学生做题速度，同时只有限时训练才有效果。七、教学流程图八、教学过程【课堂之初】（一）明确目标（1min）学习目标1.知道静电力做功与路径无关。2.明确静电力做功与电势能变化的关系。3.理解电势能的概念，认识电势能的相对性。4.掌握电势的定义方法和定义式、单位。设计意图：PPT出示目标，让学生齐读明确本堂课学习目标，有目的性的学习。（二）核对前置作业（1min）复习回顾1.电场强度是描述电场的一个重要物理量。我们是用什么方法定义电场强度的呢？答：计算试探电荷的静电力与电荷量之比，该比值跟试探电荷无关，只与场源电荷及该点的位置有关。而且在电场的不同位置，该比值会不同。因此将该比值定义为电场强度，反映电场在各点的性质。新知初探1.静电力做功的特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。2.电势能：电荷在电场中具有的势能，用表示。3.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，表达式。静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加。4.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功。5.电势：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比，定义式为，在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1V＝1J/C。6.电势只有大小，没有方向，是标量。7.电势与电场线关系：沿电场线方向电势逐渐降低。设计意图：通过检测并核对前置作业，使同学们能快速检查自己在预习阶段的效果、更正错误认知，并督促学生在今后的预习过程中认真学习、细心学习。（三）情景导入（2min）演示实验——静电跳豆问题1：实验中轻质小球初始状态是静止的，它能跳起来撞击上面的金属板，说明它获得了一个速度，即具有了动能。根据动能定理，是什么力对它做功了呢？答：静电力和重力。问题2：轻质小球需要考虑重力吗？答：不需要。师：即只有静电力对小球做功。根据能量守恒定律可知：小球动能增加，就一定有某种形式能减少，那么这里是什么形式的能量减少了呢？因为功是能量转化的量度，所以这种能量一定跟静电力做的功有关，因此，我们先探究一下静电力做功的特点。设计意图：实验导入会更直观形象，集中学生注意力，通过情景引出问题，结合以往所学知识点，引导学生逐步思考，逐渐意识到电势能的存在。【课堂之中】（一）自主探究——静电力做功的特点（5min）1.自主探究（3min）如图所示，在电场强度为E的匀强电场中，把电荷量为+q的试探电荷放在A点。问题1：把+q沿直线AB从A移动到B，静电力对+q做了多少功？解：W＝F·|AB|cosθ＝qE·|AM|问题2：把+q沿折线AMB从A移动到B，静电力对+q做了多少功？解：对AM：W1＝qE·|AM|对MB：W2＝0对全程：W＝W1+W2＝qE·|AM|问题3：把+q沿曲线ANB从A移动到B，静电力对+q做了多少功？解：W1＝qE·x1W2＝qE·x2W3＝qE·x3……综合可得：W＝W1＋W2＋W3＋…＝qE·|AM|设计意图：从功的定义式出发，引导学生通过计算几个情景下静电力所做的功，来逐步发现规律，得到静电力做功的特点，为引入电势能做铺垫。2.展示结果（1min）鼓励学生展示计算成果，其余小组可进行补充质疑。设计意图：鼓励学生勇于表达自己的观点，培养学生的表达能力，增强学生的自信心，使学生迸发对物理学习的兴趣、激情。3.教师点拨归纳（1min）师：可见在匀强电场中，不论q经由什么路径从A点移动B点，静电力所做的功都是一样的。因此，在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功只与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是对于非匀强电场也是适用的。设计意图：通过肯定学生、鼓励学生，使学生迸发对物理学习的兴趣。通过更正学生，培养学生更加严谨的科学态度。（二）电势能（8min）1.电势能（5min）问题1：静电力做功的特点跟哪个力做功的特点相似呢？答：重力做功。师：是的，研究重力做功之后，我们得知重力做功只与初末位置有关，重力做的功等于重力势能的减少量。同样的，静电力做功也只与初末位置有关，因此电荷在电场中也具有势能，这种势能叫作电势能，用EP表示。它是标量，单位是焦耳。电势能类似于重力势能，它也有正负，并且正负表示电势能的大小。类似于重力做功与重力势能的关系，静电力所做的功等于电势能的减少量，即。问题2：由此式可知，当WAB为正值时，EpA>EpB，这说明什么？答：静电力做正功，电势能减少。问题3：当WAB为负值时，EpA<EpB，这说明什么？答：静电力做负功，电势能增加。师：应该注意的是，静电力做的功只能决定电势能的减少量，并不能确定电荷在A点的电势能是多少，因此，只有先把电场中某点的电势能规定为0，才能确定电荷在电场中其它点的电势能。人们通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或者把电荷在大地表面的电势能规定为0。问题4：多远算是无限远呢？答：在静电场中，当试探电荷探测不到电场的位置时，就算是无限远了。师：如图所示，若把电荷在B点的电势能规定为0，则由得若把电荷在A点的电势能规定为0，则由此可知，电荷在某点的电势能跟零势能的选取有关，所以电势能具有相对性。同时我们也要注意，电势能是电荷与电场所共有的，所以电势能还具有系统性。设计意图：通过类比法，使学生意识到电势能的存在。同时，在老师的启发式问题的引领下，使学生对电势能这个重点内容的理解更加全面，也为电势概念的建立做了铺垫。2.针对训练1（3min）：(多选）如图所示，在匀强电场中，把正电荷从A点移到B点，静电力做功1.0×10-7J。再把这个电荷从B点移到C点，静电力做功-4.0×10-7J。规定正电荷在A点的电势能为0。下列说法正确的是(BD)A.，B.，C.D.解析：因为静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加。所以，因为所以因为所以故B、D正确，A、C错误。设计意图：知识点讲解之后，紧跟针对训练，既能巩固知识，又能检测学生对知识的理解情况。（三）电势（16min）1.合作探究——电势（1）合作探究（5min）问题1：如图所示，在电场强度为E的匀强电场中，A、B两点间距为L,把电荷在B点的电势能规定为0，若把电荷量为q的试探电荷放在A点，则由得该试探电荷的电势能为多少？答：问题2：若把电荷量为nq的试探电荷放在A点，则由得该试探电荷的电势能为多少？答：问题3：试探电荷的电势能与电荷量的比值变了吗？答：不变。问题4：这个比值跟试探电荷的电荷量有关吗？答：无关。问题5：类比电场强度概念的定义方法，思考这个比值有没有意义？如果有意义，它的意义是什么呢？答：有意义，它应该是电场的某个性质。（2）交流并展示结果（3min）小组讨论以上五个问题设计意图：鼓励学生交流讨论，勇于表达自己的观点，培养学生的表达能力，增强学生的自信心，使学生迸发对物理学习的兴趣、激情。（3）教师点拨归纳（2min）师：是的，该比值类似于电场强度，它与试探电荷无关，是由电场本身性质决定的，我们把这个比值叫作电场在这一点的电势，用表示电势，则定义式为在国际单位制中，电势的单位是伏特，简称伏，符号是V。由定义式可知，是标量，是标量，所以电势也是标量。在使用此公式时，、均需代入正负号进行计算，计算之后得到的电势也有正负，其正负表示电势的高低，通常也说成电势的大小。设计意图：电势概念的得出既是本节的重点，也是难点。在学生自主学习和合作学习的基础上，教师顺理得出电势的概念，并强调定义式的注意事项，从而使学生更加准确的理解电势。2.针对训练2（4min）：如图所示，把一个正电荷q沿着电场线由A点移动C点过程中，下列说法正确的是（D）A.正电荷受到的静电力逐渐增大B.正电荷的电势能逐渐增加C.C点电势可能高于A点电势D.A点电势一定高于C点电势解析：因为电场线的疏密表示场强的大小，所以电荷受到的力逐渐减小，故A错误。正电荷从A点移动C点，静电力做正功，所以电势能减小，故B错误。由于从A点移动C点，静电力做正功，所以电势能减小，又因为，所以A点电势高于C点电势，故C错误，D正确。设计意图：知识点讲解之后，紧跟针对训练，既能巩固知识，又能检测学生对知识的理解情况。3.电势的性质（2min）师：由“针对训练2”可知，沿着电场线方向，电势逐渐降低，即越靠近正电荷的位置电势越高，越靠近负电荷的位置电势越低。当电荷的电势能为0的时候，该点的电势也为0。与电势能情况相似，我们应先规定电场中某点的电势为0，然后就可以确定其它点的电势大小了。通常取离场源电荷无限远处的电势为0，或取大地表面的电势为0。选取不同位置为零电势点，电场中同一位置的电势也会不同，所以电势也具有相对性。设计意图：通过对“针对训练2”深入分析，既可以巩固电势的定义式，又可以推出电势的特点，进而帮助学生建立正确的认知，突破重难点。【课堂之末】（一）目标检测（5min）1.如图所示，带正电的点电荷顺着电场线移动，静电力做正功，电势能减小，即正电荷在电势低的位置电势能小，在电势高的位置电势能大；带负电的点电荷逆着电场线移动，静电力做正功，电势能减小，即负电荷在电势高的位置电势能小，在电势低的位置电势能大。2.（多选）如图所示为一孤立的负点电荷形成的电场，一带电粒子仅在电场力的作用下以某一速度进入该电场，依次经过A、B、C三点，其中A、C两点与点电荷的距离相等，B点是轨迹上距离点电荷最近的点，则下列说法正确的是（BD）A．粒子带正电B．该粒子在B点时的加速度最大C．粒子在B点的电势能小于在C点的电势能D．A点的电势高于B点的电势设计意图：让学生通过做目标测验，检测学生对本堂课内容的掌握情况，并升华知识深度，从而反思自己的教学方法是否得当、教学内容是否适量，并为后期的教学过程提供参考，使课堂目标设计的更加明确、课堂内容更加合理科学。（二）课堂小结（1.5min）同学们，我们一起回顾一下本节学习的知识1.静电力做功的特点；2.电势能和电势概念及性质；3.电荷电势能大小的判断方法。设计意图：让学生知晓本节课的主要教学内容，巩固知识，加深对知识的理解。（三）课后训练（0.5min）A组基础题1.(多选)下列说法正确的是(BC)A.电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就可能不同B.电荷从电场中的某点出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电力做功为零C.正电荷沿电场线方向运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线方向运动，静电力对负电荷做正功D.电荷在电场中运动，因为静电力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立2.(多选)如图所示，固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点，已知RMQ＜RNQ。下列叙述正确的是(AD)A.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减少B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加C.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减少D.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点，则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功，电势能不变3.如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为、，粒子在M点和N点时的加速度大小分别为、，速度大小分别为、，电势能分别为、。下列判断正确的是(D)A.，B.，C.，D.，4.(多选)将一电荷量为＋Q的小球放在不带电的金属球附近，稳定后所形成电场的电场线分布如图所示，a、b为电场中的两点，则(AD)A.a点的电场强度比b点的大B.a点的电势比b点的低C.试探电荷－q在a点的电势能比在b点的大D.将试探电荷－q从a点移到b点的过程中，电场力做负功B组提高题5.如图所示，在足够大的光滑绝缘水平面内有一带正电的点电荷a(图中未画出)，与a带同种电荷的质点b仅在a的库仑力作用下，以初速度(沿MP方向)由M点运动到N点，到N点时速度大小为，且，则下列说法正确的是(A)A.质点b从M点到N点的过程中，库仑力对其做的总功为负值B.质点b在M点、N点的加速度大小可能相等C.质点b在M点的电势能大于在N点的电势能D.电荷a一定在实线MN左上方6.如图所示，在真空中的O点放一个点电荷，直线MN通过O点，OM的距离R＝0.30m，M点放一个试探电荷，()求：(1)q在M点受到的电场力大小和方向；(2)M点的电场场强大小和方向；(3)只移走q后M点的电场场强大小；(4)带负电的q在点电荷＋Q产生的电场中，M、N两点的电势能哪点大，电势哪点高？解析(1)由FM＝keq\f(Qq,r2)得FM＝1.0×10－8N电场力的方向沿MO指向O。(2)M点的场强EM＝eq\f(FM,q)＝eq\f(1.0×10－8,1.0×10－10)N/C＝100N/C因试探电荷带负电，故M点的场强方向与电场力方向相反，即沿OM连线背离O。(3)根据电场的性质可知，M点的场强不变，仍为EM＝100N/C。(4)沿着电场线方向电势不断降低，故M点电势高，N点电势低；而负