电势能与电势教案设计

电势能与电势教案设计一、教学目标1.知识与技能目标理解电势能的概念，知道电场力做功与电势能变化的关系。理解电势的概念，掌握电势与电势能的关系。明确等势面的概念，理解等势面的特点，能根据电场线和等势面的关系描绘等势面。2.过程与方法目标通过与重力势能对比，培养学生类比推理能力。通过对电场力做功特点的分析，培养学生归纳总结能力。通过等势面的学习，培养学生的空间想象能力和运用数学工具解决物理问题的能力。3.情感态度与价值观目标通过对电势能和电势的学习，体会自然界中能量的相互转化与守恒，培养学生的科学思维和科学态度。通过小组讨论和合作学习，培养学生的团队合作精神和交流表达能力。二、教学重难点1.教学重点电势能的概念及电场力做功与电势能变化的关系。电势的概念及电势与电势能的关系。等势面的概念及等势面的特点。2.教学难点电势能概念的理解及电势能的相对性。电势概念的理解及电势与电场强度的关系。等势面的特点及等势面与电场线的综合应用。三、教学方法讲授法、类比法、讨论法、多媒体辅助教学法四、教学过程（一）导入新课（5分钟）1.复习回顾通过提问回顾电场力做功的特点，如电场力做功与路径无关，只与初末位置有关。2.创设情境展示一幅水电站的图片，引导学生思考：水从高处流向低处，重力做功，水的重力势能减少。那么在电场中，电荷在电场力作用下移动时，是否也有类似的能量变化呢？从而引出本节课的主题电势能与电势。（二）新课教学（30分钟）1.电势能类比引入将电场力做功与重力做功进行类比，重力做功导致重力势能变化，电场力做功也会引起一种能量的变化，这种能量就是电势能。定义电荷在电场中具有的势能叫做电势能，用符号$E_p$表示。电场力做功与电势能变化的关系通过分析电荷在电场中移动时电场力做功的情况，得出电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。即$W_{AB}=E_{pA}E_{pB}=\DeltaE_p$。电势能的相对性强调电势能的大小与零电势能位置的选取有关，通常取无穷远处或大地为零电势能位置。例题讲解例1：一个电子从电场中的A点移动到B点，电场力做功为$5eV$，则电子的电势能如何变化？变化了多少？分析：根据电场力做功与电势能变化的关系，电场力做正功，电势能减小，减小量等于电场力做的功，即电势能减小了$5eV$。例2：把一个带电荷量为$q=2×10^{6}C$的正点电荷从电场中的A点移到B点，电场力做功$6×10^{5}J$，求：（1）A、B两点间的电势差$U_{AB}$；（2）若A点电势为$100V$，则B点电势为多少？（3）该点电荷在B点的电势能是多少？分析：（1）根据$U_{AB}=\frac{W_{AB}}{q}$，可得$U_{AB}=\frac{6×10^{5}}{2×10^{6}}V=30V$。（2）由$U_{AB}=\varphi_A\varphi_B$，可得$\varphi_B=\varphi_AU_{AB}=100V30V=70V$。（3）根据$E_{pB}=q\varphi_B$，可得$E_{pB}=2×10^{6}×70J=1.4×10^{4}J$。2.电势定义电场中某点的电势能与它的电荷量的比值叫做该点的电势，用符号$\varphi$表示，即$\varphi=\frac{E_p}{q}$。单位电势的单位是伏特，简称伏，符号是V。电势的相对性同样强调电势的大小也与零电势位置的选取有关。电势与电场线的关系沿电场线方向电势逐渐降低。例题讲解例3：在电场中A点放一个电荷量为$q=2×10^{9}C$的点电荷，它受到的电场力$F=4×10^{6}N$，方向水平向右，则A点的电场强度大小为多少？电势高低如何判断？若把该点电荷移走，A点的电场强度和电势是否改变？分析：根据$E=\frac{F}{q}$，可得$E=\frac{4×10^{6}}{2×10^{9}}N/C=2×10^{3}N/C$。由于电场力方向水平向右，正电荷所受电场力方向与电场强度方向相同，所以A点电场强度方向水平向右。沿电场线方向电势逐渐降低，所以无法直接判断A点电势高低，需要与其他已知电势的点进行比较。若把该点电荷移走，A点的电场强度由电场本身决定，不会改变；电势是电场本身的性质，也不会改变。3.等势面定义电场中电势相等的各点构成的面叫做等势面。等势面的特点等势面一定与电场线垂直。沿等势面移动电荷，电场力不做功。电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。等差等势面越密的地方电场强度越大。几种常见电场的等势面通过多媒体展示匀强电场、点电荷电场的等势面分布图，引导学生观察并总结等势面的形状和特点。例题讲解例4：如图所示，虚线表示电场中的一簇等势面，相邻等势面间的电势差相等，一电子以一定的初速度进入电场后，只在电场力作用下沿实线轨迹运动，电子先后通过M点和N点。下列说法中正确的是（）A.电子在M点的电势能比在N点的电势能大B.电子在M点的速率比在N点的速率大C.电子在M点受到的电场力比在N点受到的电场力大D.该电场是匀强电场分析：电子带负电，从M到N电场力做正功，电势能减小，所以电子在M点的电势能比在N点的电势能大，A正确。电场力做正功，动能增加，所以电子在M点的速率比在N点的速率小，B错误。等差等势面越密的地方电场强度越大，N点等势面比M点等势面密，所以电子在N点受到的电场力比在M点受到的电场力大，C错误。该电场不是匀强电场，D错误。（三）课堂小结（5分钟）1.引导学生回顾本节课所学内容，包括电势能、电势、等势面的概念，电场力做功与电势能变化的关系，电势与电势能的关系，等势面的特点等。2.强调重点和难点，如电势能和电势的相对性，等势面与电场线的综合应用等。（四）课堂练习（10分钟）1.一个带电荷量为$q=3×10^{6}C$的点电荷，从电场中的A点移到B点，电场力做功$6×10^{5}J$，则A、B两点间的电势差$U_{AB}$为多少？若A点电势为$200V$，则B点电势为多少？2.如图所示，A、B、C为电场中同一电场线上的三点，设电荷在电场中只受电场力作用，则下列说法正确的是（）A.若在C点无初速地释放正电荷，则正电荷向B运动，电势能减小B.若在C点无初速地释放正电荷，则正电荷向B运动，电势能增加C.若在C点无初速地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能增加D.若在C点无初速地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能减小3.关于等势面的说法，正确的是（）A.电荷在等势面上移动时，由于不受电场力作用，所以说电场力不做功B.在同一个等势面上各点的场强大小相等C.两个不等电势的等势面可能相交D.若相邻两等势面的电势差相等，则等势面密的地方电场强度大（五）布置作业（5分钟）1.书面作业：课本课后习题第1、2、3、4题。2.拓展作业：查阅资料，了解电势差计的工作原理，并写一篇简短的报告。五、教学反思通过本节课的教学，学生对电势能、电势和等势面的概念有了初步的理解，掌握了电场力做功与电势能变化的