電勢能和電勢（教學設計）高二物理（人教版2019）

第1節(jié)電勢能和電勢教學設計備課人學科物理課題電勢能和電勢教學內(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、磁場部分的學習奠定基礎。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)系進行補充和完善。相較于上一章，本章從能的角度描述靜電場更加抽象，學生掌握起來的難度更大。這就需要在教學中結(jié)合學生已有的知識點，引導學生觸類旁通，橫向思考。例如，在本節(jié)中，教材將靜電力做功的特點、電勢能的概念等內(nèi)容與重力做功的特點、重力勢能等加以類比，再進行講解。這就使得學生的理解難度減小。學情分析在學習本節(jié)知識之前，學生已經(jīng)對重力做功的特點、重力勢能的相關(guān)規(guī)律有了一定的認識，也已經(jīng)通過上一張的學習，對從力的角度描述靜電場有了初步的了解。在以往的學習中，學生接觸過類比法，能通過對相似的知識點的對比分析得出結(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)合學生的分析進行由淺入深的引導。教學目標1、通過計算在勻強電場中移動電荷靜電力所做的功，認識靜電力做功跟路徑無關(guān)的特點。2、通過類比重力勢能引入電勢能，體會能量觀點是分析物理問題的重要方法，并進一步認識到物理學的和諧統(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。會判斷電場中兩點電勢的高低。教學重難點教學重點：電勢概念的建立。教學難點：電勢概念的建立。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖新課導入【講述】如圖，一個正電荷在勻強電場中只受到靜電力F的作用，它在電場中由A點運動到B點時，靜電力做了正功WAB?！咎釂枴坑蓜幽芏ɡ恚撾姾傻膭幽茉黾恿硕嗌?？【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)合以往所學知識點，引導學生逐步思考，逐漸意識到電勢能的存在。環(huán)節(jié)一靜電力做功的特點【提問】如圖，將正的檢驗電荷q從A沿直線移至B，求電場力的功?！咎釂枴咳鐖D，將正的檢驗電荷q從A沿折線移至B，求電場力的功?！咎釂枴咳鐖D，將正的檢驗電荷q從A沿曲線移至B，求電場力的功?！疽龑А縳1+x2+x3+…＝？【提問】如圖，將+q沿藍色曲線由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：在非勻強電場中，這一規(guī)律也適用?！咎釂枴快o電力做功的特點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由不同位置運動到B，能量變化相同嗎？【提問】由重力做功的特點，我們怎樣引入重力勢能？【提問】功和能量的變化密切相關(guān)。重力做功對應著重力勢能的變化，那么，靜電力做功又對應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AM：W1＝qE·|AM|對MB：W2＝0對全程：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)?；貞洸⒆鞔穑褐亓ψ龉?。思考并回答：動能變大。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。從功的基本計算出發(fā)，引導學生通過計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，為引入電勢能做鋪墊。采用分段研究的方法，引導學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，引導學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，訓練學生應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。與以往知識點類比，加深學生對新知識的理解。結(jié)合靜電力做功的特點加以分析，為引出電勢能做鋪墊。在前面推導的基礎上引導學生思考，鍛煉學生靈活運用已有知識點的能力。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?！咎釂枴侩妶隽ψ龉碗妱菽艿年P(guān)系是怎樣的？→W【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)?！ǔ０央姾稍陔x場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為0，或把電荷在大地表面的電勢能規(guī)定為0?！咎釂枴恐亓菽苡邢到y(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?！咎釂枴侩妱菽艿臉耸感匀绾?？【提問】電勢能的大小怎樣計算？→如圖，若A→B電場力所做功為WAB，若以A點作為零勢能面，則有EpA-EpB若以B點作為零勢能面，則EpA-0=W【總結(jié)】1.電荷在某點的電勢能，等于把它從該點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來說電勢能大小是不相同的?！咎釂枴吭谝鲋?，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】勻強電場中任取一點A，取一點B，并規(guī)定電荷在B點的電勢能為0，引入檢驗電荷置于A，其電勢能為EPA。則從A點移到B點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，Ep【提問】該“常量”是否相當于電場中的高度？【提問】如圖，q從A移到B，求EPA與q的比值?！局v述】該比值稱為A點的電勢?！且粋€與q無關(guān)，僅與電場及A點的位置有關(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分析作答：（1）當WAB＞0，則EpA＞EpB，表明電場力做正功，電勢能減?。唬?）當WAB＜0，則EpA＜EpB，表明電場力做負功，電勢能增加。思考并回答：有。思考并回答：有。思考并回答：電勢能是標量。思考并回答：根據(jù)電場力做功和電勢能的關(guān)系進行分析。思考并理解。結(jié)合萬有引力的相關(guān)知識進行思考、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?。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。計算并作答：WWE→EE思考并理解。在上述分析的基礎上，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、標矢性等進行討論。在電場力做功和電勢能關(guān)系的基礎上分析計算電勢能大小的方法。對引力場中反應能量性質(zhì)的物理量進行分析，為引出電勢的概念做鋪墊。在電場力做功和電勢能的特點的基礎上，分析電場中表示能量性質(zhì)的物理量。引導學生分析新引入的物理量的定義方式，幫助學生理解引入的原因。環(huán)節(jié)三電勢【講述】電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量之比稱為電勢?！咎釂枴侩妱莸亩x式是什么？注意：應用定義式進行計算時，要代入正負號。【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？→確定某點的電勢，應先規(guī)定電場中某處電勢為零，通常取大地或無窮遠處的電勢為零?！咎釂枴侩妱菔鞘噶窟€是標量？【提問】如何比較電勢的高低？【提問】在下圖中，電荷由A點運動的B點，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?！咎釂枴颗袛嚯妱莞叩偷幕痉椒ㄓ心男?？【提問】電勢與電場強度有何區(qū)別？【提問】在下圖等量異種點電荷的電場中，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】在下圖等量同種負點電荷的電場中，電勢的變化有何規(guī)律？【隨堂練習】在前面分析的基礎上加以理解。思考并作答：φ思考。對比電勢能與電勢，并作答。思考并作答：有正負，負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，電勢越高?；貞洸⑼瓿杀砀?。觀察、分析并回答：①沿點電荷的連線由正電荷到負電荷，電勢逐漸降低。②兩點電荷連線中垂線上，電勢均相等（若取無窮遠處電勢為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O電勢逐漸降低，且關(guān)于O點對稱。②兩電荷連線中垂線上，由中點O向兩側(cè)電勢到無限遠電勢逐漸降低，且關(guān)于O點對稱。觀察、分析并回答：①兩電荷連線上，由負電荷到連線中點O電勢逐漸升高，且關(guān)于O點對稱。②兩電荷連線中垂線上，由中點O向兩側(cè)電勢到無限遠電勢逐漸升高，且關(guān)于O點對稱。練習鞏固本節(jié)知識點。引入電勢的概念，并對其相對性、標矢性進行分析。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識的進一步拓展和完善。分析電勢的高低，一方面加深了學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)的學習內(nèi)容做鋪墊。方法小結(jié)，便于學生系統(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、標矢性二、電勢：1、電勢的概念2、電勢的相對性、標矢性3、判斷電勢高低的方法：①勻強電場，②等量異種