物理电势能和电势教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

《电势能与电势》教学设计课题名称电势能与电势科目物理教学对象高一年级学生提供者课时1课时一、教材内容分析1.在物理学体系中的地位：《静电场中的能量》这一章主要承接了上一章《静电场及其应用》的内容，按照“静电力做功—电势能—电势—电势差—电势差与电场强度的关系—电容器的电容—带电粒子在电场中的运动”这条逻辑线描述静电场能的性质。本章和前一章的内容是电磁学内容的基础，为恒定电流、磁场部分的学习奠定基础，同时这部分内容也是高考考察的重点内容。2.本节内容的地位：《电势能和电势》本节课是在学生已了解静电场力的性质的基础之上，通过分析静电场力做功的特点，并由此引入电势能、电势等概念。本节内容中电势能概念的建立，不仅丰富了学生对能量概念的认识，还也为后面电势差、等势面的学习起到铺垫的作用，同时建立起了电现象与其他现象之间的联系，例如下一章电动势的概念，讲到非静电力对电荷做功与电势能的转化就是一个典型的例子。3.新版教材的安排和处理：教材在本章的开篇处以“如何实现微观粒子的加速问题”引入，为“带电粒子在电场中运动”的学习埋下伏笔。教材先以问题情境导入，静电力做了正功会使什么形式的能量减少，接着讨论静电力做功的特点，通过和重力场进行类比给出电势能的概念，最后通过对电势能的研究给出了电势的概念。新版教材的变化是：（1）将等势面的内容放在了本章第二节《电势差》这节课中；删除了学生较难理解的倾斜电场中静电力作用与电势能之间的关系图，删除了对正负电荷静电力做功的讨论。（2）对于电势能的定义，教材更多地是侧重研究方法和学习方法的渗透，例如通过旁批的形式总结了电势能的得出和的重力势能一样是采用了“通过某种力做的功来研究与它相关的能量问题的方法。”（3）对电势这个物理量的定义，教材更侧重了比值定义法的渗透。（4）习题的设计注重完善知识构建，为形成物理观念奠定基础，例如第3题和第4题让学生对问题情境进行概括和小结。学生通过对问题情境的分析和总结，可以形成自己的知识框架。因此在教学中要应用好新教材的习题，让习题发挥它应有的价值。二、新课标要求新版课程标准对本节课的要求是：知道静电场中的电荷具有的电势能，了解电势能、电势的含义。核心素养的落实新课程的理念就是要培养学生的核心素养，要促成学生物理观念的形成，要发展学生的科学思维、要在教学中渗透科学探究、要促使学生形成科学态度与责任。（1）关于科学观念，“物理观念”主要包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用，本节课所体现的科学观念是能量观念及其应用：通过本节课的学习，引导学生进一步认识“场”的概念和能量观念。（2）科学思维的主要成分有：模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新。本节课所涉及的科学思维目标是“通过某种力做的功来研究与它相关的能量问题的方法”将重力场、电场类比，在电势能、电势概念构建过程中，发展抽象与概括、比较与迁移、科学推理等科学思维。（3）科学探究是一个过程，是一种学习方式和科学研究的方式，是一种学习物理观念，发展科学思维，形成科学态度与责任的手段和途径，我们可以把科学探究归纳为问题、证据、解释、交流四个方面。通过电势能、电势概念的理论构建，学生针对物理情境能提出问题，能分析具体问题，发现特点，通过科学推理和论证得出结论，并对结果进行交流和反思。（4）科学态度与责任主要包括科学本质、科学态度、社会责任。通过小组合作交流的学习方式，增强与他人合作交流的意识，建立实事求是的科学态度。三、教学目标（1）描述出静电力做功与电势能变化的关系，描述出电荷在电场中的电势能。并计算电荷在电场中的电势能。说出电势能具有系统性和相对性。（2）描述出电势的概念，说出电势的客观性、标量性和相对性。（3）经历重力做功与静电力做功的类比、重力势能与电势能的的类比过程，建构电势能的概念，体验类比法在科学研究中的重要作用。（4）经过试探电荷在具体电场中电势的分析，体会比值定义物理量的方法。四、学习者特征分析1.年龄特点：教学的对象是高二学生，这个年龄阶段的孩子感觉、知觉灵敏度、记忆力、思维能力不断增强，逻辑抽象思维能力逐步占主导地位。本节课的内容安排符合学生的思维特点。2.认知基础：学生已经学习了前一章《静电场及其应用》的内容，掌握了静电场力的性质，在必修2已经学习了能量的概念，并且已经建立起了“用功来量度能量的变化量”的思维习惯。若给学生创建好问题情境，并提供一定的感性材料，就可以通过类比方法的渗透构建新知识。3.学习能力：学生已经具有小组合作交流的意识和能力，具备根据具体问题情境分析具体问题的能力。 4.学习障碍：学生对重力场的认识不全面，比如没有明确提出重力场强度(g)、重力势(gh)等概念，而本身电荷有正有负使得静电力做功比重力做功、电势能变化比重力势的变化更加复杂。五、教学重点和难点1.教学重点：从新旧教材的对比可以发现新版教材突出核心素养理念，注重物理观念的培养，加强了概念规律的探究学习，凸显科学推理、科学论证等科学思维的培养。通过以上教材分析发现本节课是涉及物理思维方法较多的一节课，尤其是利用类比方法对新知识进行探究，在新旧知识之间合理迁移，那么如何在教学中渗透类比方法就是本节课的重点。2.教学难点：根据以上学情分析，本节课的教学难点为电势能、电势概念的建构过程。如何克服学生的学习障碍顺利构建新概念呢？1.通过重力场和电场的类比，明确电场强度E和重力加速度g都是表征“场”力的性质的物理量，为新概念的建立扫清知识障碍。2.鉴于电荷有正有负，在教学中先让学生熟悉正电荷的受力情况、运动情况和能量情况之后，再让学生根据负电荷受力情况，自己分析其运动情况和能量情况，避免学生在分析问题造成不必要的思维混乱。六、教学策略选择与设计教和学是不可分割的一个整体。认知主义学派认为：学习是通过理解，主动地在头脑中构造认知结构的过程，不是受习惯支配而是受主体的预期所引导。美国著名认知教育心理学家布鲁纳强调学习者的主动探索，强调认知结构的重要性，他主张学习的目的在于采用发现学习的方式，使学科的基本结构转变为学生头脑中的认知结构。布鲁纳认为学习的实质是主动形成认知结构。他还认为学习不是学习者被动地接受知识，而是主动地获取知识，并通过把新获得的知识与已有的认知机构联系起来，积极地构建其知识体系。建构主义认为，学习是由个体学习者给予自己的经验背景构建知识的过程，不是简单的知识的传递过程。学习的本质是个体积极自主建构自己认知结构的过程。“在学习过程中，人脑不是被动的学习和接受输入的信息，而是主动地对输入的信息进行选择、加工和处理，通过新知识与原有的旧知识和经验相互作用、改造、充实，来建构新的理解。”因此，建构主义更关注学习者如何通过原有的经验和认知结构来建构新的知识和知识结构。以上两个理论都为本节课的学习提供理论支撑。教法：基于认知主义理论和建构主义理论，根据本节课教学内容的特点，我将采用启发式教学方法，并以讨论法和合作交流法贯穿于教学的始终，让学生成为学习的主体，而不是以教师为主的“掰开了揉碎了的讲解”。学法：依据教学目标，结合物理情境进行小组讨论与合作交流，利用类比法将重力场中的知识迁移到电场中，在分析具体问题、建立概念的过程中分析推理、抽象概括、归纳总结。七、教学环境与资源准备教学环境：班级教室课前准备：PPT课件、铁架台、绝缘细线悬挂的铝箔包裹的泡沫小球、球形导体、静电感应起电机八、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图及达成目标（一）实验导入，获得感知〖演示实验〗-“疯狂的小球”：观察通过绝缘细线悬挂的铝箔包裹的泡沫小球在球形导体形成的电场中偏转、运动让学生感知电场的客观存在性，并通过一系列问题引导学生分析小球运动过程中的能量变化：1.先把小球用绝缘细线悬挂在铁架台上，用导线将球形导体和静电感应起电机相连，让小球靠近球形导体但不接触。摇动感应起电机，让球形导体带电；请同学们观察小球的运动情况。说明了什么？2.如果我用手轻轻碰一下小球，会有什么现象呢？3.如果让感应起电机放电，会有什么现象呢？〖小组讨论〗1.小球为什么运动？2.受到了什么力？3.这个力做功吗？4.运动过程中那些能量在变化？实验是物理教学的灵魂，由于电场看不见摸不着，但又是客观存在的物质，如何让学生较为轻松地接受电势能、电势这些抽象的概念呢？“疯狂的小球”的演示不仅可以激发学生的学习兴趣，直观形象地说明电场的存在，还可以给学生提供“静电力做功会引起电势能的变化”感性材料，顺利引入新课。（二）创设情境，合作交流将重力场中质量为m的小球和匀强电场中电荷量为+q的试探电荷放在一起类比。引导学生分析重力做功和静电力做功的异同之处，并由学生老师给与学生及时的评价。〖小组讨论〗两个研究对象的受力情况、运动情况、做功情况、能量变化情况。2.学生代表交流分享、总结归纳，通过分析两个研究对象的受力情况和运动情况、以及能量变化情况，类比重力做功WG=mgh和静电力做功WAB=qEd的特点，初步建立“距离d类似于高度h”的认识。（三）思维加工，构建新知继续向学生提出问题“如果分别给小球和试探电荷一个水平方向的速度，两者的受力情况、运动情况、做功情况、能量变化情况会发生什么变化呢？”〖小组讨论〗1.学生经过思考、小组合作与交流后，小组代表分享讨论结果。1.通过平抛运动和类平抛运动的类比让学生理解静电力做功和重力做功一样与路径无关，通过重力做功WG=mgh和静电力做功WAB=qEd的类比，建立“距离d”和“高度h”的联系，两者均指“沿力方向上的距离”。2.通过做功情况和能量变化的分析建立起静电力做功与电势能变化的关系，即WAB=-∆EP，构建电势能的概念。3.可以通过合作交流，真正把学习的主动权交给学生，落实新课程理念。（四）类比分析，深化理解。继续发问“小球和试探电荷在初位置的的重力势能和电势能分别是多少？”〖小组讨论〗从重力势能的大小分析讨论。学生从重力势能的大小与零势能面的选取有关，迁移到电场中电势能的选取也与零势能面有关，让学生了解电势能的系统性和相对性。（五）例题练习，优化新知例题：如图所示，小球的质量为m=0.1kg，带电量为q=+1.0×10-5C，悬挂小球的细线长为L=20cm，与竖直方向成θ=370时，小球恰好在水平匀强电场中静止不动，sin370=0.6，cos370=0.8，g取10m/s2。求：（1）电场力F的大小；（2）电场强度E的大小；（3）小球从A运动到B点的过程中,电场力做的功WAB；（4）小球在B点的电势能EpB。〖练习〗学生代表在黑板上板演；其他学生在练习本上练习。通过前面的分析讨论，合作交流，学生已基本建立了电势能的概念，通过例题的练习、熟悉概念，体验获得知识的成就感。（六）理论分析，构建新知让另一个电荷量为nq的电荷也由电场中同一位置运动相同的距离d，那么这两个试探电荷所受到的静电力以及静电力做的功分别是多少？这两个试探电荷在电场中的电势能又分别是多少？那么影响电势能大小的因素是什么？两个试探电荷电势能和电荷量的比值有什么特点？〖小组讨论〗从重力势能的大小分析讨论。通过对电势能的研究，建构电势的概念。（七）课堂小结，布置作业根据表格学