人教版)物理选修【3-1】：《电势能和电势》学案

1、电势能、电势学案一【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对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的

2、指导作用。二【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，

3、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。三【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。四【学情分析】通过对必修内容的学习，学生对功的计算，重力做功的特点，重力做功与重力势能变化的关系，能量守恒定律等内容已相当熟悉，具备了学习本节内容的知识前提，但建立起电势能的概念对学生来说相对比较困难的，因为电场的

4、概念特别抽象，特别是从力与能量两条线上同时研究电场，让学生感到有点 “力不从心” ，知识迁移及灵活运用是学生学习过程中要跨越的一个台阶五【教学方法】 理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、体验探究六【课前准备】挂图七【课时安排】 2 课时八【教学过程】（一）预习检查、总结疑惑1 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？（二）情景引入、展示目标。第四节、电势能和电势一、静电力做功的特点让试探电荷 q 在电场强度为E 的匀强电场中沿

5、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。W F|AB| qE|AB|W F|AB|cos qE|AB|W W 1 +W 2 +W 3 + 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，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

6、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。W AB（ EpB EpA ） EpA EP【思考讨论】

7、对不同的电荷从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 W AB0 ，则 EpA E pB ，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 W ABE pB ，电势能增加。EPB ，电势能增加。 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？进而联系到电势能的求法。则 EpA W

8、 AB（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。拓展：求电荷在电场中A、B 两点具有的电势能高低。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

9、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质的重要物理量度。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？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。上面讨论的是特殊情况，下面我们来讨论一般情况：（如图）EpA qE 场 Lcos 可见， EpA 与 q 成正比，即电势能跟电荷量的比值EpA /q 都是相同的。对

10、电场中不同位置，由于L 与可以不同，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，是由电场中这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关。得出结论后，引导学生类比电场的得来过程，提出新的物理量电势。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 表示。表达式： 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1V 。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。（三）合作探究、精

11、讲点播思索：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。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

12、的相通性，能对知识进行类比应用。（四）反思总结、当堂检测【思考与讨论】参看书上的问题进行思考与讨论，然后思考若是q 当做负电荷来进行研究，其结果是否一样呢？四、等势面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。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 等势面与电场线的关系在同一等势面上

13、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。W ABEpA EPb qAq B0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145 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 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

14、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。九【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W AB（ EpB EpA ）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： EP/q2电势是标量，它只有大小没有方向，但有正负。3电场