高中物理-电场的能的性质教学设计学情分析教材分析课后反思

一轮复习课《电场的能的性质》教学设计电场的能的性质教学目标：物理观念：理解描述电场能量的概念，如电势、电势差、电势能等；具有分析匀强电场中电势差与电场强度的关系的观念。科学思维：学会推理电势高低、电势能大小的方法。科学态度与责任：具备分析电场中能量的科学素养。教学重点：电势、电势差、电场力的功教学难点：对基本概念的理解及应用；电势、电势能、电场力做功以及相互关系。教学方法：讲练结合教学过程：一、问题引入：问题①电场力做功的特点：由恒力做功公式W=FLcosα可以导出，电场力做功与路径无关，只与在电场中的初末位置有关系——与重力极为相似。问题②当静止的电荷放入电场中，它将在电场力的作用下加速运动，速度增大，动能增加，从能量的转化和守恒定律来看，一种能量的增加必定对应一中能量的减少，既然动能增加了，哪种能量减少了？引出电势能。问题③功是能量转化的亮度，问题②中的转化是通过那种力做功来实现的？问题④在只受电场力的情况下，动能和电势能的转化遵循何种规律？EP1+EK1=EP2+EK2即:EKB-EKA=EPA-EPB。根据动能定理：WAB=EPA-EPB当EPB=0时，即取B点坐在的面为零势能面时，EPA=WAB，即电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功。引出电势能的概念。二、电势能1．定义：因电场对电荷有作用力而产生的由电荷相对位置决定的能量叫电势能。2．电势能具有相对性，通常取无穷远处或大地为电势能的零点。3．电势能大小：电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功4．电场力做功是电势能变化的量度：电场力对电荷做正功，电荷的电势能减少；电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加；电场力做功的多少和电势能的变化数值相等，这是判断电荷电势能如何变化的最有效方法。定义电势φ三、电势1．电势：电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功。电势用字母φ表示。①表达式：

单位：伏特（V），且有1V=1J/C。②意义：电场中某一点的电势在数值等于单位电荷在那一点所具有的电势能。③相对性：电势是相对的，只有选择零电势的位置才能确定电势的值，通常取无限远或地球的电势为零。④标量：只有大小，没有方向，但有正、负之分，这里正负只表示比零电势高还是低。⑤高低判断：顺着电场线方向电势越来越低。教师点评：电场强度E从力的角度定义了电场的性质，而电势φ则从能的角度定义了电场的性质。四、等势面：电场中电势相等的点构成的面。①意义：等势面来表示电势的高低。②典型电场的等势面：ⅰ匀强电场；

ⅱ点电荷电场；

ⅲ等量的异种点电荷电场；

ⅳ等量的同种点电荷电场。

③等势面的特点：

ⅰ同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功；ⅱ等势面一定跟电场线垂直；ⅲ电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。五、电势差1．电势差：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量的q的比值。UAB

=

WAB/q注意：电势差这个物理量与场中的试探电荷无关，它是一个只属于电场的量。电势差是从能量角度表征电场的一个重要物理量。2．电场力做功：在电场中AB两点间移动电荷时，电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积。

WAB

=

q•UAB

注意：

①该式适用于一切电场；

②电场力做功与路径无关③利用上述结论计算时，均用绝对值代入，而功的正负，借助于力与移动方向间关系确定。六、电势差与电场强度关系1．电场方向是指向电势降低最快的方向。在匀强电场中，电势降低是均匀的。2．匀强电场中，沿场强方向上的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积。

U=E•d在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势。

注意：①两式只适用于匀强电场。②d是沿场方向上的距离《电场的能的性质》学情分析物理现象一般都是从实验或生产、生活中来，大多是“看得见，摸得着”的。例如摩擦力的教学，我们往往是通过水平不光滑的木板上推小车的实验，学生就可以直接感触到撤去推力后，小车运动的速度越来越慢直到最后静止，在老师的引导下就很容易得出在粗糙的接触面上存在摩擦力且起阻碍作用这个定性的结论。而这个物理规律在我们的生活现象中随时都可以得到验证和亲身体验，学生也不容易忘记。《电场的能的性质》中，知识比较抽象，所学内容是学生看不见摸不着的，从思维方法上，要求学生从形象思维进入抽象思维，知识内容形式相对单调枯燥。每一章、每一节、每一个物理练习题都不是孤立存在的。对该节中的物理现象、规律经常是做模型抽象、定量说明、数学化描述等，所以学生觉得难度大，不易接受和理解。在一轮复习中，更是要求学生将相关知识点进行关联。而且，受高考的限制，教师在教学过程中都不敢大幅度降低要求。我们也应该看到，教育改革的目的就是全面提高学生的素质，近几年高考内容的改革，也体现了注意对学生能力和素质的考查。除了本节课的知识内容外，像牛顿第一定律的教学，“质点”、“弹簧振子”、“理想气体”、“点电荷”等物理模型的教学，都需要学生从大量的物理实验现象中，忽略次要矛盾，抓住主要矛盾和普遍的共性特征，再经过科学的想象和严密的逻辑推理而得；静电场部分的教学。更需要较高的空间想象能力，所有这些高层次的思维要求，再加上这些规律和物理模型很少在现实生产生活中亲眼见到，所以当时理解了，之后容易忘记。经过两年的训练，在目前的班级进入一轮复习后，要求学生的理解能力、推理能力、应用数学工具处理物理问题的能力、综合分析能力、实验动手能力相对基础年级都有了较大的提升，所以本节课以问题导入，以电场力做功与电势能变化的关系为切入口，将电势能、电势、电势差、电场强度与电势差的关系串联起来。效果分析本节课是一轮复习课，一共设计了2个课前训练、3个例题和3个变型。课前训练是在学生课前自行梳理各个概念后，学生在课前完成,目的是通过课前训练对带电粒子在电场中的能量变化初步认识。这两道能够将抽象的电场知识具化到形象的物理情境中。从答题效果来看，学生对概念性的掌握完成较好，说明学生课前预习的比较认真，具有一定的实效性。但是对于课前训练2中的“B”选项中出问题较多，说明学生将抽象的电场问题类比到熟悉的重力场的能力还有待提高。典例1是较为常见的等量同种电荷的电场问题，考察了电势电势能和所受电场力的情况，为较为复杂的变型1（2020年高考题）的方法做铺垫。课堂效果证明，典例1学生完成的非常好，说明学生对基础知识的掌握情况很好，但是变型1完成的不理想，说明学生对知识点和方法的迁移能力有所差距。典例2和典例3是在教师强调了各个物理量之间的关系之后的概念、方法应用辨析题，从答题效果来看，第一题正确为100%，说明学生对看得见的、形象的带电粒子在电场中的运动掌握的比较好。典例3的正答率是81%，一小部分同学没有区分好“正弦”和“余弦”。通过教师的再次强调辨析，以及学生相互的现场演示，帮助这些同学更好的理解了定义。从这典例和变型题目的完成情况及学生的自我评价、组评成绩综合来看，本节课教学目标大达成度高。《电场的能的性质》课标分析人教版物理选修3-1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而指出这个结论对非匀强电场也适用的。并与重力势能类比，说明电荷在电场中也具有电势能。场力做功的过程就是电势能转化为其他形式的能的过程，电场力做的功只能决定电势能的变化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的零点电势的概念既是本节的重点，也是本节的难点。类比电场强度的定义，通过匀强电场推知，荷在电场中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，跟试探电荷无关，并广之从而给出了电势的定义。在规定了电势的零点后，就可以确定某点的电势。电场中电势相同的点构成的面叫做等势面，等势面有其自身的特点和应用。建议用类比法教学1、静电力做功的特点教材通过把试探电荷q在匀强电场中从A沿直线、折线、曲线等不同的路径移到B点，计出这几种情况下静电力对电荷所做的功都是一样的，经过论证得出了静电力做功的特点：静电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。同时推广到非匀强电场也适用对于把该特点推广到非匀强电场中，教学中可以不深究。让学生知道即可。2、电势能电势能和电势是两个密切联系的概念，反映了电场的能的性质，内容比较抽象。教材把地面附近重力对物体做功的情况跟物体的重力势能的变化关系，与正电荷在匀强电场中电场力做功的十跟电势能的变化关系进行类比，从而得出了静电力的功只能决定电势能的变化量，而不能决定在电场中某点的电荷电势能的数值。只有规定了零电势能的位置，才能确定电荷在某点的电势能。教学中，可以在复习重力势能、正功、负功等知识的基础上，引导学生列表对比进行讨论。应该指出的是，由于电场力可以是引力也可以是斥力，电荷可以是正电荷也可以是负电荷，因此电场做功的题要复杂些。在教学中，对正电荷在电场中的情形由教师讲解，负电荷在电场中的情形可以由学自行推出结果，以培养学生的推理能力。在讨论电势能的数值时，可以先复习重力势能是怎样确定的，再与重力势能类比，通过例子清确定电势能数值的过程。要先确定电势能为零的位置，一般取电荷q在无穷远处的电势能为零把电荷q从电场中某点移到零电势能处电场力做功的大小，即为电荷q在电场中某点电势能的数对于电势能的正负的讨论，可以让学生根据重力势能的正负的意义，对于电势能的正负进行讨论。贯彻课程标准“注重学生自主学习，提倡教学方式的多样化”的基本理念。3、电势在引入电势之前，可以复习电场强度的引入过程，说明在电场中某点，随着检验电荷电荷量的增大，所受电场力成正比地增大，但电场力与电荷量的比值是确定的，这就是该点的电强度。它与检验电荷的电荷量无关，是表示电场的力的性质的物理量。与电场强度的引入过程类比，结合具体的电场定性说明：在电场中的某点，检验电荷的电势能随电荷的电荷量的增大而成正比地增大，但电势能与电荷量的比值是确定的，它表示电场的能的性质的物理量，也可以后作与电场强度的类比，从而加深对概念的理解。结合教材的推导，从而引入电势，电势的高低也与检验电荷的电荷量无关，由电场本身的性质决定的。与电势能确定一样，讲明零电势位置的确定。零电势确定后，电场中各点的电势的大小才有确定的数值，电势的正负才能有确切的定义，再应用上述认识，说明点电荷+Q和-Q的电场中各点的电势的高低，从而得出结论：在+Q的电场中，电势都为正值，离+Q越近电势越高：在-Q的电场中，电势都为负值，离-Q越近电势越低。根据电场线的方向可以判定电场中各点的电势的高低，在考察电场力的方向与这些点的电势高低的关系，最后概括出：顺着电场线的方向，电势越来越低。要及时引导学生小结已经学过的知识，可以把电场强度与电势、电势与电势能，分别列出表格，从意义、公式、方向性、单位等方面进行比较，巩固掌握这些概念，也发展了分析、比较的思维能力。4.电势差电场中某点的电势是相对零电势而言的，取不同的电势零点，电势的值是不同的，因此电有相对性，但同一电场中，两点的电势的差值不因为零电势的选取而发生改变，所以电势差比更有意义、更重要。引入电势差时，除了用地理位置的高度差来比喻外，还可以列举数据阐述或指导学生运算明在匀强电场中，选定不同的零电势位置，其中任意两点的电势之差保持不变；进而指出电势应用比电势更普遍，它的物理意义和公式也就顺势得出了。用电势差来计算电场力做功时，公式中各物理量取绝对值，电场力做功的正负要根据电荷的方向与所受电场力方向的具体情况来判定。参考方案可采取与电势相同的比值定义法定义电势差的概念而后举带电粒子在匀强电场中运动电场做功引起电势能的变化比结合电势定义及电势差定义来推导出电势差等于电势之差更符合知识生发展过程。即：WAB=EPA-EPBUAB=WAB/q5.电势差与电场强度的关系电场强度描述的是电场力的性质，电势描述的是电场能的性质，它们之间是否存在某种关系呢？本节教材就探讨匀强电场中电势差与电场强度的关系。讨论电势差和电场强度方向的关系时，为了便于学生接受，可以举例说明，自山顶上从坡度不同的两个方向下到同一水平面，坡度陡的方向，单位长度的水平距离上高度下降大，即高度下降得快，再结合课本讲解，沿不同的方向，电势下降的差值都相同时，沿电场线方向的距离最小，即电势降落得最快；因而得出：电场强度的方向是指电势降低最快的方向，再通过计算两种方式电场力所做的功而比较得到UAB=Ed。在得出电势差和电场强度在数值上的关系式E=UAB/d后，要强调理解公式的意义和适用条件，d是两点间在电场强度方向上的距离，UAB是所对应的两点间的电势差，它只对匀强电场才适用。高三物理学案电场的能的性质(一)知识内容学科素养5.电势能、电势、电势差物理观念：1.理解描述电场能量的概念2.具有分析匀强电场中各物理量之间关系的观念。6.匀强电场中电势差与电场强度的关系科学思维：学会推理电势高低、电势能大小的方法。科学态度与责任：培养学生具备分析电场中能量的科学素养。考向指导1.考题难度：试题情景新颖，难度中等偏上。2.常考热点：电场线、等势线与带电粒子运动轨迹的判断问题、电势、电势能、电势差与电场强度的关系、用功能关系的观点处理带电体在电场中的运动问题等。知识点一电场力做功电势能1.电场力做功(1)特点：电场力做功与无关，只与有关。(2)计算①W＝，适用于电场。②WAB＝，适用于任何电场。2.电势能(1)定义：电荷在中具有的势能，数值上等于将电荷从该点移到位置时电场力所做的功。(2)电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。(3)电势能的相对性：电势能是相对的，零势能点选取不同，电势能的。通常选取处或电势能为零。知识点二电势等势面1.电势(1)定义：试探电荷在电场中某点具有的与它的电荷量的比值。(2)定义式：φ＝eq\f(Ep,q)。(3)矢标性：电势是，有正、负之分，其正(负)表示该点电势比高(低)。(4)相对性：电势具有，同一点的电势因选取的不同而不同。2.等势面(1)定义：电场中的各点组成的面。(2)四个特点①等势面一定与垂直。②在移动电荷时电场力不做功。③电场线方向总是从的等势面指向的等势面。④等差等势面越密的地方电场强度，反之。知识点三电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系1.定义：电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，与移动电荷的的比值。2.定义式：UAB＝eq\f(WAB,q)。3.电势差与电势的关系：UAB＝UAB＝－UBA。4.电势差与电场强度的关系：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿方向的距离的乘积。即U＝Ed，也可以写作E＝eq\f(U,d)。课前训练1.(2015·全国卷Ⅰ，15)如图4直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P、Q是它们的交点，四点处的电势分别为φM、φN、φP、φQ。一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等。则()A.直线a位于某一等势面内，φM＞φQB.直线c位于某一等势面内，φM＞φNC.若电子由M点运动到Q点，电场力做正功D.若电子由P点运动到Q点，电场力做负功课前训练2.(多选)(2018·全国卷Ⅰ，21)图5中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2V。一电子经过a时的动能为10eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV。下列说法正确的是()A.平面c上的电势为零B.该电子可能到达不了平面fC.该电子经过平面d时，其电势能为4eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍【典例1】：如图所示，真空中等量正点电荷放置在M、N两点，在MN连线上有对称点a、c，MN连线的中垂线上有对称点b、d，则下列说法正确的是()A.电荷＋q在c点的电势能大于在a点的电势能B.电荷＋q在c点的电势能小于在a点的电势能C.在MN连线的中垂线上，O点电势最高D.电荷－q从d点由静止释放，在它从d点运动到b点的过程中，加速度先减小再增大【变型1】（2020卷）．真空中有两个固定的带正电的点电荷，电荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时，仅在电场力的作用下恰好保持静止状态。过O点作两正电荷连线的垂线，以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d，如图所示。以下说法正确的是（）A．a点电势低于O点B．b点电势低于c点C．该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D．该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能【典例2】(2018·天津理综，3)如图6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φM、φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EpM、EpN。下列判断正确的是()A.vM<vN，aM<aN B.vM<vN，φM<φNC.φM<φN，EpM<EpN D.aM<aN，EpM<EPN【变型2】(2016·全国卷Ⅱ，15)如图7，P是固定的点电荷，虚线是以P为圆心的两个圆。带电粒子Q在P的电场中运动，运动轨迹与两圆在同一平面内，a、b、c为轨迹上的三个点。若Q仅受P的电场力作用，其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac，速度大小分别为va、vb、vc，则()A.aa>ab>ac，va>vc>vbB.aa>ab>ac，vb>vc>vaC.ab>ac>aa，vb>vc>vaD.ab>ac>aa，va>vc>vb【典例3】如图9所示是匀强电场中的一组等势面，若A、B、C、D相邻两点间距离为2cm，A和P点间距离为1.5cm，则该电场的电场强度E和电势φP分别为()A.500V/m，－2.5VB.1000×eq\f(\r(3),3)V/m，－2.5VC.500V/m，2.5VD.1000×eq\f(\r(3),3)V/m，2.5V【变型3】.(2019·河北唐山一模)边长为1cm的正三角形ABC处于匀强电场中，电场方向平行于三角形所在平面。将电子由A点移动到B点，电场力做功4eV；将电子由A点移动到C点，电场力做功2eV。电场强度大小为()A.200V/mB.300V/mC.200eq\r(3)V/mD.400V/m课堂小结:1.求电场力做功的方法:2.判断电势能变化的几种方法(1)根据电场力做功：(2)根据Ep＝φq：3.判断电势高低的几种方法(1)根据电场线：(2)根据UAB＝eq\f(WAB,q)4.常见等势面的重要特点5.电场线、等势面和带电粒子轨迹问题(1)根据等势面与电场线垂直，画出电场线。(2)根据运