電勢(shì)能和電勢(shì)（教學(xué)設(shè)計(jì)）高二物理（人教版2019）

第1節(jié)電勢(shì)能和電勢(shì)教學(xué)設(shè)計(jì)備課人學(xué)科物理課題電勢(shì)能和電勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)，并為后續(xù)電路、磁場(chǎng)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(shì)能、電勢(shì)的概念，同時(shí)，也對(duì)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(chǎng)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(shí)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(shì)能的概念等內(nèi)容與重力做功的特點(diǎn)、重力勢(shì)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(shí)之前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)重力做功的特點(diǎn)、重力勢(shì)能的相關(guān)規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)，也已經(jīng)通過上一張的學(xué)習(xí)，對(duì)從力的角度描述靜電場(chǎng)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(duì)相似的知識(shí)點(diǎn)的對(duì)比分析得出結(jié)論。但由于靜電場(chǎng)部分的知識(shí)——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(chǎng)中移動(dòng)電荷靜電力所做的功，認(rèn)識(shí)靜電力做功跟路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。2、通過類比重力勢(shì)能引入電勢(shì)能，體會(huì)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(shí)到物理學(xué)的和諧統(tǒng)一性。3、理解電勢(shì)能的變化與靜電力做功的關(guān)系。知道常見的電勢(shì)能零點(diǎn)的規(guī)定方法。4、通過建立電勢(shì)概念的過程，理解電勢(shì)是從能的角度描述電場(chǎng)的物理量。會(huì)判斷電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的高低。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：電勢(shì)概念的建立。教學(xué)難點(diǎn)：電勢(shì)概念的建立。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入【講述】如圖，一個(gè)正電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中只受到靜電力F的作用，它在電場(chǎng)中由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，靜電力做了正功WAB?！咎釂枴坑蓜?dòng)能定理，該電荷的動(dòng)能增加了多少？【提問】動(dòng)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(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步思考，逐漸意識(shí)到電勢(shì)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(chǎng)力的功?！咎釂枴咳鐖D，將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿折線移至B，求電場(chǎng)力的功?！咎釂枴咳鐖D，將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿曲線移至B，求電場(chǎng)力的功?！疽龑?dǎo)】x1+x2+x3+…＝？【提問】如圖，將+q沿藍(lán)色曲線由A移到B，求電場(chǎng)力的功。【提問】如果是q呢？【提問】對(duì)比以上四種電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)力作用由A運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)到B，能量變化相同嗎？【提問】由重力做功的特點(diǎn)，我們?cè)鯓右胫亓?shì)能？【提問】功和能量的變化密切相關(guān)。重力做功對(duì)應(yīng)著重力勢(shì)能的變化，那么，靜電力做功又對(duì)應(yīng)著哪種形式的能量變化呢？思考并作答：W＝F·|AB|cosθ＝qE·|AM|思考并作答：對(duì)AM：W1＝qE·|AM|對(duì)MB：W2＝0對(duì)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電＝qEd＝qElcosθ思考并作答：W電＝qEd＝qElcosθ思考并總結(jié)：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，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(wú)關(guān)。回憶并作答：重力做功。思考并回答：動(dòng)能變大。思考。思考并回答：不一定?；貞洸⒒卮穑河蒞G＝mgh1－mgh2定義：重力勢(shì)能Ep＝mgh→重力做的功等于重力勢(shì)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(gè)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(shì)能做鋪墊。采用分段研究的方法，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)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(huì)類似物理過程的處理思路。綜合前面三個(gè)情景，得出結(jié)論，訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用已有知識(shí)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(shí)點(diǎn)類比，加深學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解。結(jié)合靜電力做功的特點(diǎn)加以分析，為引出電勢(shì)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(shí)點(diǎn)的能力。再次對(duì)比重力做功，回顧引入重力勢(shì)能的過程。環(huán)節(jié)二電勢(shì)能【講述】電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能叫電勢(shì)能，用符號(hào)EP表示?！咎釂枴侩妶?chǎng)力做功和電勢(shì)能的關(guān)系是怎樣的？→W【提問】重力勢(shì)能有相對(duì)性。電勢(shì)能也有相對(duì)性嗎？→電勢(shì)能是相對(duì)的，具體數(shù)值與零勢(shì)能面的選取有關(guān)?！ǔ０央姾稍陔x場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為0，或把電荷在大地表面的電勢(shì)能規(guī)定為0?！咎釂枴恐亓?shì)能有系統(tǒng)性。電勢(shì)能也有系統(tǒng)性嗎？→電勢(shì)能為電荷和對(duì)它作用的電場(chǎng)組成的系統(tǒng)共有?！覀冋f某個(gè)電荷的電勢(shì)能，只是一種簡(jiǎn)略的說法。【提問】電勢(shì)能的標(biāo)矢性如何？【提問】電勢(shì)能的大小怎樣計(jì)算？→如圖，若A→B電場(chǎng)力所做功為WAB，若以A點(diǎn)作為零勢(shì)能面，則有EpA-EpB若以B點(diǎn)作為零勢(shì)能面，則EpA-0=W【總結(jié)】1.電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能面時(shí)靜電力所做的功。2.選擇不同的零勢(shì)能面，對(duì)于同一個(gè)帶電體在同一點(diǎn)來說電勢(shì)能大小是不相同的?！咎釂枴吭谝?chǎng)中，哪個(gè)物理量反映了引力場(chǎng)能量的性質(zhì)？例：將質(zhì)量m的物體提升h高度，重力勢(shì)能增加mgh；將質(zhì)量為2m的物體提升h高度，重力勢(shì)能增加2mgh；將質(zhì)量為3m的物體提升h高度，重力勢(shì)能增加3mgh?！咎釂枴縿驈?qiáng)電場(chǎng)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(shì)能為0，引入檢驗(yàn)電荷置于A，其電勢(shì)能為EPA。則從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做功為多少？【提問】若q＝＋1C時(shí)EPA＝E0，則q＝＋2C、＋3C……﹣1C、﹣2C、﹣3C……時(shí)，EPA等于多少？【講述】可見，Ep【提問】該“常量”是否相當(dāng)于電場(chǎng)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(shì)?！且粋€(gè)與q無(wú)關(guān)，僅與電場(chǎng)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(duì)照重力勢(shì)能的知識(shí)點(diǎn)分析作答：（1）當(dāng)WAB＞0，則EpA＞EpB，表明電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減??；（2）當(dāng)WAB＜0，則EpA＜EpB，表明電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。思考并回答：有。思考并回答：有。思考并回答：電勢(shì)能是標(biāo)量。思考并回答：根據(jù)電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能的關(guān)系進(jìn)行分析。思考并理解。結(jié)合萬(wàn)有引力的相關(guān)知識(shí)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(shì)能的變化不同，但是樓頂?shù)摹案叨取笔且欢ǖ?。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：WWE→EE思考并理解。在上述分析的基礎(chǔ)上，類比重力勢(shì)能，引入電勢(shì)能的概念，并對(duì)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系、電勢(shì)能的相對(duì)性、系統(tǒng)性、標(biāo)矢性等進(jìn)行討論。在電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能關(guān)系的基礎(chǔ)上分析計(jì)算電勢(shì)能大小的方法。對(duì)引力場(chǎng)中反應(yīng)能量性質(zhì)的物理量進(jìn)行分析，為引出電勢(shì)的概念做鋪墊。在電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電場(chǎng)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(shì)【講述】電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量之比稱為電勢(shì)?！咎釂枴侩妱?shì)的定義式是什么？注意：應(yīng)用定義式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要代入正負(fù)號(hào)。【提問】電勢(shì)的國(guó)際單位是什么？→伏特（V），1V＝1J/C【提問】電勢(shì)能具有相對(duì)性，電勢(shì)具有相對(duì)性嗎？→確定某點(diǎn)的電勢(shì)，應(yīng)先規(guī)定電場(chǎng)中某處電勢(shì)為零，通常取大地或無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零?！咎釂枴侩妱?shì)是矢量還是標(biāo)量？【提問】如何比較電勢(shì)的高低？【提問】在下圖中，電荷由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的B點(diǎn)，完成表格。注意：沿電場(chǎng)線方向，電勢(shì)降低最快?！咎釂枴繛槭裁从猩鲜鼋Y(jié)論？先做思考，后續(xù)課程中解答?！咎釂枴颗袛嚯妱?shì)高低的基本方法有哪些？【提問】電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度有何區(qū)別？【提問】在下圖等量異種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中，電勢(shì)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(chǎng)中，電勢(shì)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(chǎng)中，電勢(shì)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思考。對(duì)比電勢(shì)能與電勢(shì)，并作答。思考并作答：有正負(fù)，負(fù)電勢(shì)表示該處的電勢(shì)比零電勢(shì)低。思考并回答：根據(jù)電勢(shì)的定義，利用電勢(shì)能的變化。思考并完成表格。思考。小結(jié)并回答：①沿電場(chǎng)線方向，電勢(shì)越來越低。②正電荷在電勢(shì)能大的地方電勢(shì)高，負(fù)電荷相反。③靜電力對(duì)正電荷做正功，則電勢(shì)降低。④離帶正電的場(chǎng)源電荷越近的點(diǎn)，電勢(shì)越高?；貞洸⑼瓿杀砀?。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(shì)逐漸降低。②兩點(diǎn)電荷連線中垂線上，電勢(shì)均相等（若取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為0，則中垂線上電勢(shì)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(shì)逐漸降低，且關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱。②兩電荷連線中垂線上，由中點(diǎn)O向兩側(cè)電勢(shì)到無(wú)限遠(yuǎn)電勢(shì)逐漸降低，且關(guān)于O點(diǎn)對(duì)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(shì)逐漸升高，且關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱。②兩電荷連線中垂線上，由中點(diǎn)O向兩側(cè)電勢(shì)到無(wú)限遠(yuǎn)電勢(shì)逐漸升高，且關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱。練習(xí)鞏固本節(jié)知識(shí)點(diǎn)。引入電勢(shì)的概念，并對(duì)其相對(duì)性、標(biāo)矢性進(jìn)行分析。這既是對(duì)前面引入電勢(shì)能后一系列分析的小結(jié)，又是將對(duì)電場(chǎng)的能量屬性的認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步拓展和完善。分析電勢(shì)的高低，一方面加深了學(xué)生對(duì)電勢(shì)概念的理解，另一方面也為下一節(jié)引入電勢(shì)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(shì)能：1、電場(chǎng)力做功只與電荷的起止位置有關(guān)，類比重力做功2、電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能的減小量，類比重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系3、電勢(shì)能的相對(duì)性、系統(tǒng)性、標(biāo)矢性二、電勢(shì)：1、電勢(shì)的概念2、電勢(shì)的相對(duì)性、標(biāo)矢性3、判斷電勢(shì)高低的方法：①勻強(qiáng)電場(chǎng)，②等量異種