电势能和电势（教学设计）高二物理（人教版2019）

第1节电势能和电势教学设计备课人学科物理课题电势能和电势教学内容分析本节内容是在上一章从力的角度描述静电场后起到承上启下作用的一节。从这一章开始，将从能的角度描述静电场，并为后续电路、磁场部分的学习奠定基础。第一节的主要内容是引入电势能、电势的概念，同时，也对功能关系进行补充和完善。相较于上一章，本章从能的角度描述静电场更加抽象，学生掌握起来的难度更大。这就需要在教学中结合学生已有的知识点，引导学生触类旁通，横向思考。例如，在本节中，教材将静电力做功的特点、电势能的概念等内容与重力做功的特点、重力势能等加以类比，再进行讲解。这就使得学生的理解难度减小。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，也已经通过上一张的学习，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，能通过对相似的知识点的对比分析得出结论。但由于静电场部分的知识——特别是从能量的角度加以描述——比较抽象，学生在充分理解相关内容的过程中仍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。教学目标1、通过计算在匀强电场中移动电荷静电力所做的功，认识静电力做功跟路径无关的特点。2、通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法，并进一步认识到物理学的和谐统一性。3、理解电势能的变化与静电力做功的关系。知道常见的电势能零点的规定方法。4、通过建立电势概念的过程，理解电势是从能的角度描述电场的物理量。会判断电场中两点电势的高低。教学重难点教学重点：电势概念的建立。教学难点：电势概念的建立。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入【讲述】如图，一个正电荷在匀强电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做了正功WAB。【提问】由动能定理，该电荷的动能增加了多少？【提问】动能的增加意味着什么？【提问】是一种什么形式的能量在减少呢？观看图片，了解情景。思考并回答：增加了WAB。思考并回答：意味着有另一种形式的能量在减少。思考。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。环节一静电力做功的特点【提问】如图，将正的检验电荷q从A沿直线移至B，求电场力的功。【提问】如图，将正的检验电荷q从A沿折线移至B，求电场力的功。【提问】如图，将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力的功。【引导】x1+x2+x3+…＝？【提问】如图，将+q沿蓝色曲线由A移到B，求电场力的功。【提问】如果是q呢？【提问】对比以上四种电场力做功的情况，我们可以发现什么规律呢？说明：在非匀强电场中，这一规律也适用。【提问】静电力做功的特点与什么力做功相似呢？【提问】如图，试探电荷q只受电场力作用由A运动到B（图中灰色曲线），能量如何变化？【提问】由能量守恒定律，增加的动能由什么能转化而来？【提问】试探电荷q由不同位置运动到B，能量变化相同吗？【提问】由重力做功的特点，我们怎样引入重力势能？【提问】功和能量的变化密切相关。重力做功对应着重力势能的变化，那么，静电力做功又对应着哪种形式的能量变化呢？思考并作答：W＝F·|AB|cosθ＝qE·|AM|思考并作答：对AM：W1＝qE·|AM|对MB：W2＝0对全程：W＝W1+W2＝qE·|AM|思考并作答：W1＝qE·x1W2＝qE·x2W3＝qE·x3……→W＝W1＋W2＋W3＋…＝qE·|AM|思考并作答：W电＝qEd＝qElcosθ思考并作答：W电＝qEd＝qElcosθ思考并总结：在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。回忆并作答：重力做功。思考并回答：动能变大。思考。思考并回答：不一定。回忆并回答：由WG＝mgh1－mgh2定义：重力势能Ep＝mgh→重力做的功等于重力势能的减少量。思考。从功的基本计算出发，引导学生通过计算几个情境下静电力所做的功，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。采用分段研究的方法，引导学生体会类似物理过程的处理思路。采用化曲为直的研究方法，引导学生体会类似物理过程的处理思路。综合前面三个情景，得出结论，训练学生应用已有知识解决新问题的能力。依据分析，总结结论，承上启下。与以往知识点类比，加深学生对新知识的理解。结合静电力做功的特点加以分析，为引出电势能做铺垫。在前面推导的基础上引导学生思考，锻炼学生灵活运用已有知识点的能力。再次对比重力做功，回顾引入重力势能的过程。环节二电势能【讲述】电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。【提问】电场力做功和电势能的关系是怎样的？→W【提问】重力势能有相对性。电势能也有相对性吗？→电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关。→通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。【提问】重力势能有系统性。电势能也有系统性吗？→电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。→我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。【提问】电势能的标矢性如何？【提问】电势能的大小怎样计算？→如图，若A→B电场力所做功为WAB，若以A点作为零势能面，则有EpA-EpB若以B点作为零势能面，则EpA-0=W【总结】1.电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能面时静电力所做的功。2.选择不同的零势能面，对于同一个带电体在同一点来说电势能大小是不相同的。【提问】在引力场中，哪个物理量反映了引力场能量的性质？例：将质量m的物体提升h高度，重力势能增加mgh；将质量为2m的物体提升h高度，重力势能增加2mgh；将质量为3m的物体提升h高度，重力势能增加3mgh。【提问】匀强电场中任取一点A，取一点B，并规定电荷在B点的电势能为0，引入检验电荷置于A，其电势能为EPA。则从A点移到B点时电场力做功为多少？【提问】若q＝＋1C时EPA＝E0，则q＝＋2C、＋3C……﹣1C、﹣2C、﹣3C……时，EPA等于多少？【讲述】可见，Ep【提问】该“常量”是否相当于电场中的高度？【提问】如图，q从A移到B，求EPA与q的比值。【讲述】该比值称为A点的电势。→是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。结合前面的分析加以理解。结合前面的分析，对照重力势能的知识点分析作答：（1）当WAB＞0，则EpA＞EpB，表明电场力做正功，电势能减小；（2）当WAB＜0，则EpA＜EpB，表明电场力做负功，电势能增加。思考并回答：有。思考并回答：有。思考并回答：电势能是标量。思考并回答：根据电场力做功和电势能的关系进行分析。思考并理解。结合万有引力的相关知识进行思考、作答：将不同质量的物体从地面搬到楼顶，重力势能的变化不同，但是楼顶的“高度”是一定的。思考并作答：→WAB＝EPA。思考并回答：2E0、3E0、……﹣1E0、﹣2E0、﹣3E0思考并理解。思考并回答：是的。计算并作答：WWE→EE思考并理解。在上述分析的基础上，类比重力势能，引入电势能的概念，并对电场力做功与电势能的关系、电势能的相对性、系统性、标矢性等进行讨论。在电场力做功和电势能关系的基础上分析计算电势能大小的方法。对引力场中反应能量性质的物理量进行分析，为引出电势的概念做铺垫。在电场力做功和电势能的特点的基础上，分析电场中表示能量性质的物理量。引导学生分析新引入的物理量的定义方式，帮助学生理解引入的原因。环节三电势【讲述】电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比称为电势。【提问】电势的定义式是什么？注意：应用定义式进行计算时，要代入正负号。【提问】电势的国际单位是什么？→伏特（V），1V＝1J/C【提问】电势能具有相对性，电势具有相对性吗？→确定某点的电势，应先规定电场中某处电势为零，通常取大地或无穷远处的电势为零。【提问】电势是矢量还是标量？【提问】如何比较电势的高低？【提问】在下图中，电荷由A点运动的B点，完成表格。注意：沿电场线方向，电势降低最快。【提问】为什么有上述结论？先做思考，后续课程中解答。【提问】判断电势高低的基本方法有哪些？【提问】电势与电场强度有何区别？【提问】在下图等量异种点电荷的电场中，电势的变化有何规律？【提问】在下图等量同种正点电荷的电场中，电势的变化有何规律？【提问】在下图等量同种负点电荷的电场中，电势的变化有何规律？【随堂练习】在前面分析的基础上加以理解。思考并作答：φ思考。对比电势能与电势，并作答。思考并作答：有正负，负电势表示该处的电势比零电势低。思考并回答：根据电势的定义，利用电势能的变化。思考并完成表格。思考。小结并回答：①沿电场线方向，电势越来越低。②正电荷在电势能大的地方电势高，负电荷相反。③静电力对正电荷做正功，则电势降低。④离带正电的场源电荷越近的点，电势越高。回忆并完成表格。观察、分析并回答：①沿点电荷的连线由正电荷到负电荷，电势逐渐降低。②两点电荷连线中垂线上，电势均相等（若取无穷远处电势为0，则中垂线上电势处处为0）。观察、分析并回答：①两电荷连线上，由正电荷到连线中点O电势逐渐降低，且关于O点对称。②两电荷连线中垂线上，由中点O向两侧电势到无限远电势逐渐降低，且关于O点对称。观察、分析并回答：①两电荷连线上，由负电荷到连线中点O电势逐渐升高，且关于O点对称。②两电荷连线中垂线上，由中点O向两侧电势到无限远电势逐渐升高，且关于O点对称。练习巩固本节知识点。引入电势的概念，并对其相对性、标矢性进行分析。这既是对前面引入电势能后一系列分析的小结，又是将对电场的能量属性的认识的进一步拓展和完善。分析电势的高低，一方面加深了学生对电势概念的理解，另一方面也为下一节引入电势差的概念做了铺垫。提出问题，为后续的学习内容做铺垫。方法小结，便于学生系统理解、掌握。课堂总结一、电势能：1、电场力做功只与电荷的起止位置有关，类比重力做功2、电场力做功等于电势能的减小量，类比重力做功与重力势能变化的关系3、电势能的相对性、系统性、标矢性二、电势：1、电势的概念2、电势的相对性、标矢性3、判断电势高低的方法：①匀强电场，②等量异种