備課人
學(xué)科
物理
課題
電勢能和電勢
教學(xué)內(nèi)容分析
本節(jié)內(nèi)容是在上一章從力的角度描述靜電場后起到承上啟下作用的一節(jié)。從這一章開始，將從能的角度描述靜電場，并為后續(xù)電路、磁場部分的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
第一節(jié)的主要內(nèi)容是引入電勢能、電勢的概念，同時，也對功能關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)充和完善。相較于上一章，本章從能的角度描述靜電場更加抽象，學(xué)生掌握起來的難度更大。這就需要在教學(xué)中結(jié)合學(xué)生已有的知識點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生觸類旁通，橫向思考。例如，在本節(jié)中，教材將靜電力做功的特點(diǎn)、電勢能的概念等內(nèi)容與重力做功的特點(diǎn)、重力勢能等加以類比，再進(jìn)行講解。這就使得學(xué)生的理解難度減小。
學(xué)情分析
在學(xué)習(xí)本節(jié)知識之前，學(xué)生已經(jīng)對重力做功的特點(diǎn)、重力勢能的相關(guān)規(guī)律有了一定的認(rèn)識，也已經(jīng)通過上一張的學(xué)習(xí)，對從力的角度描述靜電場有了初步的了解。在以往的學(xué)習(xí)中，學(xué)生接觸過類比法，能通過對相似的知識點(diǎn)的對比分析得出結(jié)論。但由于靜電場部分的知識——特別是從能量的角度加以描述——比較抽象，學(xué)生在充分理解相關(guān)內(nèi)容的過程中仍必然存在一定的困難，需要教師結(jié)合學(xué)生的分析進(jìn)行由淺入深的引導(dǎo)。
教學(xué)目標(biāo)
1、通過計(jì)算在勻強(qiáng)電場中移動電荷靜電力所做的功，認(rèn)識靜電力做功跟路徑無關(guān)的特點(diǎn)。
2、通過類比重力勢能引入電勢能，體會能量觀點(diǎn)是分析物理問題的重要方法，并進(jìn)一步認(rèn)識到物理學(xué)的和諧統(tǒng)一性。
3、理解電勢能的變化與靜電力做功的關(guān)系。知道常見的電勢能零點(diǎn)的規(guī)定方法。
4、通過建立電勢概念的過程，理解電勢是從能的角度描述電場的物理量。會判斷電場中兩點(diǎn)電勢的高低。
教學(xué)
重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：
電勢概念的建立。
教學(xué)難點(diǎn)：
電勢概念的建立。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計(jì)意圖
新課導(dǎo)入
【講述】如圖，一個正電荷在勻強(qiáng)電場中只受到靜電力F的作用，它在電場中由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時，靜電力做了正功WAB。
【提問】由動能定理，該電荷的動能增加了多少？
【提問】動能的增加意味著什么？
【提問】是一種什么形式的能量在減少呢？
觀看圖片，了解情景。
思考并回答：
增加了WAB。
思考并回答：
意味著有另一種形式的能量在減少。
思考。
通過情景引出問題，結(jié)合以往所學(xué)知識點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步思考，逐漸意識到電勢能的存在。
環(huán)節(jié)一
靜電力
做功
的特點(diǎn)
【提問】如圖，將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿直線移至B，求電場力的功。
【提問】如圖，將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿折線移至B，求電場力的功。
【提問】如圖，將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿曲線移至B，求電場力的功。
【引導(dǎo)】x1+x2+x3+…＝？
【提問】如圖，將+q沿藍(lán)色曲線由A移到B，求電場力的功。
【提問】如果是-q呢？
【提問】對比以上四種電場力做功的情況，我們可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢？
說明：在非勻強(qiáng)電場中，這一規(guī)律也適用。
【提問】靜電力做功的特點(diǎn)與什么力做功相似呢？
【提問】如圖，試探電荷q只受電場力作用由A運(yùn)動到B（圖中灰色曲線），能量如何變化？
【提問】由能量守恒定律，增加的動能由什么能轉(zhuǎn)化而來？
【提問】試探電荷q由不同位置運(yùn)動到B，能量變化相同嗎？
【提問】由重力做功的特點(diǎn)，我們怎樣引入重力勢能？
【提問】功和能量的變化密切相關(guān)。重力做功對應(yīng)著重力勢能的變化，那么，靜電力做功又對應(yīng)著哪種形式的能量變化呢？
思考并作答：
W＝F·|AB|csθ
＝qE·|AM|
思考并作答：
對AM：
W1＝qE·|AM|
對MB：
W2＝0
對全程：
W＝W1+W2
＝qE·|AM|
思考并作答：
W1＝qE·x1
W2＝qE·x2
W3＝qE·x3
……
→W＝W1＋W2＋W3＋…
＝qE·|AM|
思考并作答：
W電＝qEd＝qElcsθ
思考并作答：
W電＝-qEd
＝-qElcsθ
思考并總結(jié)：
在勻強(qiáng)電場中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。
回憶并作答：
重力做功。
思考并回答：
動能變大。
思考。
思考并回答：
不一定。
回憶并回答：
由WG＝mgh1－mgh2
定義：重力勢能Ep＝mgh
→重力做的功等于重力勢能的減少量。
思考。
從功的基本計(jì)算出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生通過計(jì)算幾個情境下靜電力所做的功，來逐步發(fā)現(xiàn)規(guī)律，得到靜電力做功的特點(diǎn)，為引入電勢能做鋪墊。
采用分段研究的方法，引導(dǎo)學(xué)生體會類似物理過程的處理思路。
采用化曲為直的研究方法，引導(dǎo)學(xué)生體會類似物理過程的處理思路。
綜合前面三個情景，得出結(jié)論，訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用已有知識解決新問題的能力。
依據(jù)分析，總結(jié)結(jié)論，承上啟下。
與以往知識點(diǎn)類比，加深學(xué)生對新知識的理解。
結(jié)合靜電力做功的特點(diǎn)加以分析，為引出電勢能做鋪墊。
在前面推導(dǎo)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生思考，鍛煉學(xué)生靈活運(yùn)用已有知識點(diǎn)的能力。
再次對比重力做功，回顧引入重力勢能的過程。
環(huán)節(jié)二
電勢能
【講述】電荷在電場中具有的勢能叫電勢能，用符號EP表示。
【提問】電場力做功和電勢能的關(guān)系是怎樣的？
→WAB=??Ep=?EpB?EpA=EpA?EpB
【提問】重力勢能有相對性。電勢能也有相對性嗎？
→電勢能是相對的，具體數(shù)值與零勢能面的選取有關(guān)。
→通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢能規(guī)定為0，或把電荷在大地表面的電勢能規(guī)定為0。
【提問】重力勢能有系統(tǒng)性。電勢能也有系統(tǒng)性嗎？
→電勢能為電荷和對它作用的電場組成的系統(tǒng)共有。
→我們說某個電荷的電勢能，只是一種簡略的說法。
【提問】電勢能的標(biāo)矢性如何？
【提問】電勢能的大小怎樣計(jì)算？
→如圖，若A→B電場力所做功為WAB，
若以A點(diǎn)作為零勢能面，則有EpA?EpB=WAB，因EpA=0，EpB=?WAB
若以B點(diǎn)作為零勢能面，則EpA?0=WAB，即EpA=WAB
【總結(jié)】
1.電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于把它從該點(diǎn)移動到零勢能面時靜電力所做的功。
2.選擇不同的零勢能面，對于同一個帶電體在同一點(diǎn)來說電勢能大小是不相同的。
【提問】在引力場中，哪個物理量反映了引力場能量的性質(zhì)？
例：
將質(zhì)量m的物體提升h高度，重力勢能增加mgh；
將質(zhì)量為2m的物體提升h高度，重力勢能增加2mgh；
將質(zhì)量為3m的物體提升h高度，重力勢能增加3mgh。
【提問】勻強(qiáng)電場中任取一點(diǎn)A，取一點(diǎn)B，并規(guī)定電荷在B點(diǎn)的電勢能為0，引入檢驗(yàn)電荷置于A，其電勢能為EPA。則從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時電場力做功為多少？
【提問】若q＝＋1C時EPA＝E0，則q＝＋2C、＋3C……﹣1C、﹣2C、﹣3C……時，EPA等于多少？
【講述】可見，Epq=常量。
【提問】該“常量”是否相當(dāng)于電場中的高度？
【提問】如圖，q從A移到B，求EPA與q的比值。
【講述】該比值稱為A點(diǎn)的電勢。
→是一個與q無關(guān)，僅與電場及A點(diǎn)的位置有關(guān)的量。
結(jié)合前面的分析加以理解。
結(jié)合前面的分析，對照重力勢能的知識點(diǎn)分析作答：
（1）當(dāng)WAB＞0，則EpA＞EpB，表明電場力做正功，電勢能減?。?br>（2）當(dāng)WAB＜0，則EpA＜EpB，表明電場力做負(fù)功，電勢能增加。
思考并回答：
有。
思考并回答：
有。
思考并回答：
電勢能是標(biāo)量。
思考并回答：
根據(jù)電場力做功和電勢能的關(guān)系進(jìn)行分析。
思考并理解。
結(jié)合萬有引力的相關(guān)知識進(jìn)行思考、作答：
將不同質(zhì)量的物體從地面搬到樓頂，重力勢能的變化不同，但是樓頂?shù)摹案叨取笔且欢ǖ摹?br>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。
計(jì)算并作答：
WAB=qElcsθ
WAB=EpA?EpB
EpB=0
→EpA=qElcsθ
EpAq=Elcsθ
思考并理解。
在上述分析的基礎(chǔ)上，類比重力勢能，引入電勢能的概念，并對電場力做功與電勢能的關(guān)系、電勢能的相對性、系統(tǒng)性、標(biāo)矢性等進(jìn)行討論。
在電場力做功和電勢能關(guān)系的基礎(chǔ)上分析計(jì)算電勢能大小的方法。
對引力場中反應(yīng)能量性質(zhì)的物理量進(jìn)行分析，為引出電勢的概念做鋪墊。
在電場力做功和電勢能的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電場中表示能量性質(zhì)的物理量。
引導(dǎo)學(xué)生分析新引入的物理量的定義方式，幫助學(xué)生理解引入的原因。
環(huán)節(jié)三
電勢
【講述】電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量之比稱為電勢。
【提問】電勢的定義式是什么？
注意：應(yīng)用定義式進(jìn)行計(jì)算時，要代入正負(fù)號。
【提問】電勢的國際單位是什么？
→伏特（V），1V＝1J/C
【提問】電勢能具有相對性，電勢具有相對性嗎？
→確定某點(diǎn)的電勢，應(yīng)先規(guī)定電場中某處電勢為零，通常取大地或無窮遠(yuǎn)處的電勢為零。
【提問】電勢是矢量還是標(biāo)量？
【提問】如何比較電勢的高低？
【提問】在下圖中，電荷由A點(diǎn)運(yùn)動的B點(diǎn)，完成表格。
注意：沿電場線方向，電勢降低最快。
【提問】為什么有上述結(jié)論？先做思考，后續(xù)課程中解答。
【提問】判斷電勢高低的基本方法有哪些？
【提問】電勢與電場強(qiáng)度有何區(qū)別？
【提問】在下圖等量異種點(diǎn)電荷的電場中，電勢的變化有何規(guī)律？
【提問】在下圖等量同種正點(diǎn)電荷的電場中，電勢的變化有何規(guī)律？
【提問】在下圖等量同種負(fù)點(diǎn)電荷的電場中，電勢的變化有何規(guī)律？
【隨堂練習(xí)】
在前面分析的基礎(chǔ)上加以理解。
思考并作答：
φ=Epq
思考。
對比電勢能與電勢，并作答。
思考并作答：
有正負(fù)，負(fù)電勢表示該處的電勢比零電勢低。
思考并回答：
根據(jù)電勢的定義，利用電勢能的變化。
思考并完成表格。
思考。
小結(jié)并回答：
①沿電場線方向，電勢越來越低。
②正電荷在電勢能大的地方電勢高，負(fù)電荷相反。
③靜電力對正電荷做正功，則電勢降低。
④離帶正電的場源電荷越近的點(diǎn)，電勢越高。
回憶并完成表格。
觀察、分析并回答：
①沿點(diǎn)電荷的連線由正電荷到負(fù)電荷，電勢逐漸降低。
②兩點(diǎn)電荷連線中垂線上，電勢均相等（若取無窮遠(yuǎn)處電勢為0，則中垂線上電勢處處為0）。
觀察、分析并回答：
①兩電荷連線上，由正電荷到連線中點(diǎn)O電勢逐漸降低，且關(guān)于O點(diǎn)對稱。
②兩電荷連線中垂線上，由中點(diǎn)O 向兩側(cè)電勢到無限遠(yuǎn)電勢逐漸降低，且關(guān)于O點(diǎn)對稱。
觀察、分析并回答：
①兩電荷連線上，由負(fù)電荷到連線中點(diǎn)O電勢逐漸升高，且關(guān)于O點(diǎn)對稱。
②兩電荷連線中垂線上，由中點(diǎn)O向兩側(cè)電勢到無限遠(yuǎn)電勢逐漸升高，且關(guān)于O點(diǎn)對稱。
練習(xí)鞏固本節(jié)知識點(diǎn)。
引入電勢的概念，并對其相對性、標(biāo)矢性進(jìn)行分析。這既是對前面引入電勢能后一系列分析的小結(jié)，又是將對電場的能量屬性的認(rèn)識的進(jìn)一步拓展和完善。
分析電勢的高低，一方面加深了學(xué)生對電勢概念的理解，另一方面也為下一節(jié)引入電勢差的概念做了鋪墊。
提出問題，為后續(xù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容做鋪墊。
方法小結(jié)，便于學(xué)生系統(tǒng)理解、掌握。
課堂總結(jié)
一、電勢能：
1、電場力做功只與電荷的起止位置有關(guān)，類比重力做功
2、電場力做功等于電勢能的減小量，類比重力做功與重力勢能變化的關(guān)系
3、電勢能的相對性、系統(tǒng)性、標(biāo)矢性
二、電勢：
1、電勢的概念
2、電勢的相對性、標(biāo)矢性
3、判斷電勢高低的方法：①勻強(qiáng)電場，②等量異種電荷，③等量同種電荷。
板書設(shè)計(jì)
§10.1電勢能和電勢
1、靜電力做功的特點(diǎn)：
①W電＝qEd＝qElcsθ
②靜電力做功與電荷的起始、終止位置有關(guān)，與經(jīng)過的路徑無關(guān)。
2、電勢能：
①電勢能（符號：EP）
②WAB=??Ep=?EpB?EpA=EpA?EpB
③相對性：零電勢能面（無限遠(yuǎn)處或大地）
④系統(tǒng)性
⑤標(biāo)量
3、電勢：
①定義式：φ=Epq
②單位：伏特（伏，V）
③相對性：零電勢面（無限遠(yuǎn)處或大地）
④標(biāo)量
⑤沿電場線方向，電勢降低最快
作業(yè)設(shè)計(jì)
1、梳理本節(jié)知識點(diǎn)。
2、教材P30“練習(xí)與應(yīng)用”。
教學(xué)反思與評價

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