高中物理新課標版人教版選修3-1優(yōu)秀教案：電勢能和電勢 (2)

1、4電勢能和電勢教學分析 電勢能、電勢是電磁學開篇章節(jié)靜電場中的重點內(nèi)容，它從能量的角度反映了電場的性質。對它的研究為以后學習電功、電動勢、電磁能奠定了知識基礎。本部分內(nèi)容尤其與日常生活和生產(chǎn)、科學尖端技術的應用與研究有著密切的關系，因而學好這部分知識有著廣泛的實用價值。它是課程教學中利用物理思維方法較多的一堂課，尤其是用類比的方法認識新知識，同時為具體的物理知識遷移作好思維鋪墊。教材從電場對電荷做功的角度出發(fā)，推知在勻強電場中電場力做功與移動電荷的路徑無關。進而指出這個結論對非勻強電場也是適用的，并與重力勢能類比，說明電荷在電場中也是具有電勢能。電場力做功的過程就是電勢能的變化量，而不能決定電

2、荷在電場中某點的電勢能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢能零點。對學生能力的提高和對知識的遷移、靈活運用給予了思維上的指導作用。教學目標1通過討論靜電力對試探電荷做功，知道靜電力做功與路徑無關的特點。2將靜電力做功與重力做功進行類比，理解靜電力做功與電勢能變化的關系。認識電勢能的相對性。3知道電勢的定義方法及其定義公式、單位。4知道等勢面的定義，知道電場線一定垂直于等勢面。教學重點難點1理解電勢能、電勢、等勢面的概念及意義。2掌握電勢能與做功的關系，并能用此解決相關問題。教學方法與手段本節(jié)課突出類比法的思維特征和思維過程，適當強調(diào)類比過程中的求證環(huán)節(jié)。教學媒體：多媒體課件、掛圖。知識準備：復習電場強度

3、、電場線知識、重力做功及與重力勢能的關系。導入新課 事件1教學任務：創(chuàng)設情景，導入新課師生活動：方法介紹類比法是根據(jù)兩個(兩類)對象之間在某方面的相同或相似，而推出他們在其他方面也可能相同或相似的邏輯推理方法。具體說來，A事物具有屬性a、b、c，又具有屬性d。如果B事物具有屬性a、b、c，那么，B事物也可能具有屬性d。是否真是這樣，需要得到實驗的驗證。展示表格特征或性質靜電場重力場a對場中的電荷有力的作用對場中的物體有力的作用b用比值“F/q”表示場的強弱用比值“F/m”表示場的強弱引入新課可見，靜電場與重力場有某些特征是相似的。根據(jù)兩者的相似性，我們是否可以大膽的推測靜電場的其他性質？下面我

4、們進一步討論這一問題。推進新課事件2教學任務：歸納電場力做功特點師生活動：屬性c：在重力場中，重力做功與路徑無關，靜電力做功也與路徑無關嗎？求證讓試探電荷q在電場強度為E的勻強電場中沿幾條不同路徑從A點運動到B點，我們來計算這幾種情況下靜電力對電荷所做的功。WF|AB|qE|AB|WF|AB|cosqE|AM|WW1W2W3qE|AM|分析三種情況下的做功的數(shù)據(jù)結果，結合具體的問題情景，從中找到共同點和不同點，聯(lián)系前面所學的知識，歸納得出相關的物理知識。從中發(fā)現(xiàn)問題和知識結論。結論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關。拓展：該特點對于非勻強電場中也是成立的。事件

5、3教學任務：電勢能師生活動：屬性d：移動物體時重力做的功與路徑無關，同一物體在地面附近的同一位置才具有確定的重力勢能。靜電力做功也與路徑無關，是否隸屬勢能？我們可以給它一個物理名稱嗎？求證在重力場中由靜止釋放質點，質點一定加速運動，動能增加，勢能減少；如圖所示，在靜電場中，靜電力做功使試探電荷獲得動能，是什么轉化為試探電荷的動能？(這種能量為電勢能。)屬性e：重力做的正功等于減少的重力勢能，克服重力做的功等于增加的重力勢能，用公式表示為WABEpAEpBEp。那么靜電力做的正功也等于減少的電勢能嗎？克服靜電力做的功也等于增加的電勢能嗎？用公式表示也是WABEpAEpBEp嗎？根據(jù)動能定理，WA

6、BEkBEkAEk。因為，根據(jù)能量守恒增加的動能等于減少的電勢能，EkBEkAEpAEpB，所以WABEpAEpBEp。屬性f：重力勢能具有相對性，電勢能也具有相對性嗎？求證通過計算靜電力做的功只能確定電勢能的變化量，只有把電場中的某點的電勢能規(guī)定為零，才能確定電荷在電場中其他點的電勢能的數(shù)值?？梢婋妱菽艿拇_有相對性。屬性g：質點在某點的重力勢能等于把它從該點移動到零勢能處的過程中重力做的功，電荷在某點的電勢能也等于把它從該點移動到零勢能處的過程中靜電力做的功嗎？求證如果規(guī)定B點的電勢能為零，根據(jù)WABEpAEpB，可知WABEpA，所以電荷在某點的電勢能也等于靜電力把它從該點移動到零勢能處所

7、做的功。屬性h：重力勢能屬于物體與重力場組成的系統(tǒng)，電勢能也屬于電荷與靜電場組成的系統(tǒng)嗎？求證如果只有試探電荷而不存在電場，就不存在靜電力的作用，試探電荷也不可能有電勢能；如果只有電場而沒有試探電荷，也不存在靜電力作用，也就不存在電勢能。只有在試探電荷處于電場中時，討論與靜電力做功緊密聯(lián)系的電勢能才有意義。所以，電勢能屬于電荷與電場組成的系統(tǒng)?？偨Y類比列表如下：特征或性質重力場靜電場a對場中的物體有引力的作用對場中的電荷有電場力的作用b用比值“F/m”表示場的強弱用比值“F/q”表示場的強弱c重力做功與路徑無關靜電力做功與路徑無關d重物在重力場中有重力勢能電荷在電場中有電勢能e重力做的正功等于

8、減少的重力勢能，克服重力做的功等于增加的重力勢能，用公式表示為WABEpAEpBEp。靜電力做的正功等于減少的電勢能，克服靜電力做的功等于增加的電勢能，用公式表示是WABEpAEpBEpf重力勢能具有相對性電勢能具有相對性g質點在某點的重力勢能等于把它從該點移動到零勢能處的過程中重力做的功電荷在某點的電勢能等于把它從該點移動到零勢能處的過程中靜電力做的功h重力勢能屬于物體與重力場組成的系統(tǒng)電勢能屬于電荷與靜電場組成的系統(tǒng) 思考與討論：1如果電荷沿不同路徑移動時靜電力做功不一樣，還能建立電勢能的概念嗎？為什么？電勢能的大小是由電荷與電場的相對位置決定的，同一電荷在電場中同一點的電勢能應該有確定的

9、值。我們不妨假設，電荷從電勢能為0處沿不同路徑移動到電場中的另一點P。如果靜電力做的功不同，那么同一電荷在同一點P的“電勢能”就不同，這樣P點的“電勢能”就沒有確定值，就不能建立電勢能的概念。2物體在重力場中重力做功，與電荷在電場中移動時靜電力做功雖然相似，但還存在差異。能具體說一說這種差異嗎？在重力場中移動的質點的質量都是正值，在重力場中確定的兩點間移動等質量的質點，重力做功一定相等，重力勢能的變化量一定相等；在電場中移動的電荷可正、可負，在電場中確定的兩點間移動電荷量大小相等的電荷，靜電力做的功絕對值相等(有正、負兩個可能值)，電勢能的變化量也有正、負兩個可能值。3若取無窮遠為零勢能面，在

10、場源電荷為正點電荷的電場中，正電荷的電勢能一定大于負電荷的電勢能嗎？在場源電荷為負點電荷的電場中呢？鞏固訓練：1關于在電場中移動電荷與電勢能的關系，下列說法中正確的是()A電荷沿電場線方向移動，電勢能一定增加B電荷沿電場力方向移動，電勢能一定增加C電荷逆電場力方向移動，電勢能一定增加D電荷沿垂直于電場線方向移動，電勢能一定不變答案：CD2有一電荷量q3×106 C的電荷，從電場中的A點移到B點時，克服靜電力做功6×104 J。求：電荷的電勢能怎樣變化？變化了多少？以B為零勢能點，電荷在A點的電勢能EpA是多少？如果把這一電荷從B點移到C點時靜電力做功9×104 J

11、，電荷的電勢能怎樣變化？變化了多少？如果選取C點為零勢能點，則電荷在A點的電勢能EpA又是多少？通過這一例題你有什么收獲？解析：靜電力做功WAB6×104 J，電勢能增加了6×104 J。以B為零勢能點，電荷在A點的電勢能是6×104 J。WBC9×104 J，電荷的電勢能減少了9×104 J。以C點為零勢能點，則電荷在A點的電勢能EpAWACWABWBC3×104 J。取不同的零勢能點，同一電荷在電場中同一點的電勢能數(shù)值是不同的。事件4教學任務：電勢的定義師生活動：1類比下圖兩種情況：通過類比可見，若用左圖中的Ep/m，或右圖中的E

12、p/q，對某一固定位置，它們的值都是固定的。如何來表征這個相同的量呢？(讓學生很快能想到用比值定義法來定義物理量，對知識活學活用)2上面討論的是特殊情況，下面討論一般情況：(如圖)EpAqE場Lcos可見，EpA與q成正比，即電勢能跟電荷量的比值EpA/q都是相同的。對電場中不同位置，由于L與可以不同，所以這個比值一般是不同的。結論：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，是由電場中這點的位置決定的，跟試探電荷本身無關。得出結論后，引導學生類比電場的得來過程，提出新的物理量電勢。定義：在電場中，電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，叫做這一點的電勢。用表示。表達式：Ep/q單位：

13、伏特(V)1V1 J/C物理意義：描述電場的能的性質的物理量，數(shù)值上等于電荷量為1 C的正電荷在該點的電勢能是1 J，則該點的電勢就是1 V。類比1：與重力場中的h類比，幫助理解電勢概念。類比2：高度與放入場中的物體無關，電勢與試探電荷也無關。類比3：高度的選取首先要確定零參考面，電勢的選取也需零參考面，通常取大地為零勢面。類比4：高度為標量，但有正負。電勢也是標量，只有大小沒有方向，但也有正負。以上結論由學生得出，自己能用所學知識進行簡單的描述，培養(yǎng)相關應用歸納知識的能力?？偨Y：高度與電勢對比：性質特點高度電勢1hEp/GEp/q單位：伏特(V)1 V1 J/C2與放入場中的物體無關與試探電

14、荷無關3確定零參考面需零參考面，通常取大地為零勢面4標量，但有正負標量，但有正負思考與討論1：如何來判斷電勢的高低呢？正電荷電勢能順著電場線方向逐漸減少，則電勢逐漸降低讓學生明白：根據(jù)靜電力做功的正負，判斷電勢能的變化，進而判定電勢的高低?，F(xiàn)通過具體情景來進行分析。結論：電場線指向電勢降低的方向。思考與討論2：參看教材上的問題進行思考與討論，然后思考若是q當作負電荷來進行研究，其結果是否一樣呢？分析：沿著電場線方向移動負電荷，電場力做負功，電勢能增加，電勢逐漸降低。沿著電場線方向移動正電荷，電場力做正功，電勢能減少，電勢逐漸降低。結論：沿著電場線電勢逐漸降低，與試探電荷無關。思考與討論3：電勢

15、與電場強度有哪些區(qū)別與聯(lián)系？性質與特點電場強度電勢1反映電場力的性質反映電場能的性質2EF/q大小與q無關Ep/q大小與q無關3矢量，有方向標量，無方向4電場線越密，電場強度越大沿電場線，電勢逐漸降低鞏固訓練：1若帶正電荷的小球只受到電場力作用，則它在電場中()A一定沿電場線由高電勢處向低電勢處運動B一定沿電場線由低電勢處向高電勢處運動C不一定沿電場線運動，但一定由高電勢處向低電勢處運動D不一定沿電場線運動，也不一定由高電勢處向低電勢處運動答案：D2關于電勢與電勢能，下列說法正確的是()A正電荷在高電勢處電勢能大，在低電勢處電勢能小B正電荷在高電勢處電勢能小，在低電勢處電勢能大C負電荷在高電勢

16、處電勢能大，在低電勢處電勢能小D負電荷在高電勢處電勢能小，在低電勢處電勢能大答案：AD3下列說法中正確的是()A電場線密集處場強大，電勢高 B沿電場線方向場強減小，電勢降低C在電勢高處電荷具有的電勢能也大 D場強為零處，電勢不一定為零答案：D4對于點電荷的電場，我們?nèi)o限遠處作零電勢點，無限遠處電場強度也為零，那么()A電勢為零的點，電場強度一定為零，反之亦然B電勢為零的點，電場強度不一定為零，但電場強度為零的點，電勢一定為零C電場強度為零的點，電勢不一定為零；電勢為零的點，場強不一定為零D場強為零的點，電勢不一定為零，電勢為零的一點，電場強度一定為零答案：C【事件5】教學任務：等勢面師生活動

17、：引入：在地理課上常用等高線來表示地勢的高低。今天我們學習了電勢的知識后，那我們可以用什么來表示電勢的高低呢？在電場中常用等勢面來表示電勢的高低。定義：等勢面：電場中電勢相同的各點構成的面。體驗性實踐：尋找等勢面：找正點電荷和帶電平行金屬板中的等勢面。通過體驗性實踐活動，讓學生明白如何去尋找等勢面，達到對后續(xù)結論探究創(chuàng)設前置氛圍。觀看掛圖，從中尋找不同電場中等勢面的不同點和相同點，進行合理猜想。思考與討論：等勢面與電場線的關系(1)在同一等勢面上各點電勢相等，所以在同一等勢面上移動電荷，靜電力不做功。WABEpAEpbqAqB0討論：什么情況下會出現(xiàn)力做功為零的情況？引導分析得出：Fv。(2)

18、電場線跟等勢面一定垂直，即跟電場強度的方向垂直。引導學生用反證法達到證明的目的，加深對知識點的應用。沿著電場線的方向，電勢越來越低。歸納總結可得出：電場線跟等勢面垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。若兩個相鄰的等勢面間的電勢之差是相等的，則能得到書上圖1.45的圖形。觀看圖形或掛圖，結合電場線的特點，可得出結論。(3)等勢面越密，電場強度越大。(4)等勢面不相交、不相切。3應用等勢面：由等勢面描繪電場線方法：先測繪出等勢面的形狀和分布，再根據(jù)電場線與等勢面的關系，繪出電場線的分布，于是我們就知道電場的情況了。鞏固訓練：關于電場中的等勢面，下列說法中正確的有()A等勢面不一定跟電場線垂

19、直B沿電場線電勢一定升高C在同一等勢面上兩點間移動電荷，電場力做功為零D在同一電場中，等勢面可以相交答案：C事件6教學任務：引導學生小結本節(jié)課的學習活動，體會三維目標的落實。強調(diào)用類比的思想去理解電勢能、電勢等概念，并學會把這種思想推廣。4電勢能和電勢第1課時電勢能特征或性質重力場靜電場1對場中的電荷有力的作用對場中的物體有力的作用2用比值“F/q”表示場的強弱用比值“F/m”表示場的強弱3重力做功與路徑無關靜電力做功與路徑無關4重物在重力場中有重力勢能電荷在電場中有電勢能5重力做的正功等于減少的重力勢能，克服重力做的功等于增加的重力勢能，用公式表示為WABEpAEpBEp靜電力做的正功等于減

20、少的電勢能，克服靜電力做的功等于增加的電勢能，用公式表示是WABEpAEpBEp6重力勢能具有相對性電勢能具有相對性7質點在某點的重力勢能等于把它從該點移動到零勢能處的過程中重力做的功電荷在某點的電勢能等于把它從該點移動到零勢能處的過程中靜電力做的功8重力勢能屬于物體與重力場組成的系統(tǒng)電勢能屬于電荷與靜電場組成的系統(tǒng)第2課時電勢與等勢面一、電勢電勢與高度性質特點高度電勢1hEp/GEp/q單位：伏特(V)1 V1 J/C2與放入場中的物體無關與試探電荷無關3需選定零參考面需選定零參考面，通常取大地為零勢面4標量，但有正負標量，但有正負電勢與電場強度性質與特點電場強度電勢1反映電場的力的性質反映

21、電場的能的性質2EF/q大小與q無關Ep/q大小與q無關3矢量，有方向標量，無方向4電場線越密，電場強度越大沿電場線，電勢逐漸降低二、等勢面1等勢面：電場中電勢相同的各點構成的面2等勢面與電場線的關系體驗性實驗：用描跡法畫出電場中平面上的等勢線。加強體驗性實驗的教學，讓學生形成深刻印象，達到對知識應用能力的提高。目標1學習用電流場模擬靜電場的實驗設計思想。2能獨立完成本實驗，學會使用靈敏電流計，加深對等勢面的認識。知識點1實驗目的(1)用描跡法畫出電場中一個平面上的等勢線。(2)深化理解兩個等量異種電荷形成電場的等勢面、電場線的分布。2實驗原理當靈敏電流表的兩個探針的接觸點電勢相等時，沒有電流

22、流過電流表，其指針指零。3實驗器材平整的塑料板(其上有兩個固定螺桿)、白紙、復寫紙、導電紙、圓柱形的銅電極、導線、學生低壓電源(或電池組)、探針兩根、靈敏電流表。有關靈敏電流表的幾點說明：(1)靈敏電流表只能用來檢驗微弱電流，一般被測電流不能超過幾百微安。(2)靈敏電流表的零刻度在刻度盤的中央，將它串聯(lián)在電路中時，電流可以從正接線柱流入，也可從負接線柱流入。使用前，一般要判斷電流表指針偏轉方向跟通過的電流方向間的關系。(3)靈敏電流表的刻度是均勻的。(4)電流表不能長期連接在電路中，停止實驗時，即斷開電路，以保護電流表。4實驗步驟(1)安裝a依次使白紙、復寫紙、導電紙穿過螺桿，并靠在塑料板上，

23、其中導電紙上有導電物質的一面向上。b將兩個圓柱形的銅電極A、B分別套在螺桿上，并用螺母擰緊，使圓柱形電極跟導電紙有良好的接觸。c將兩個圓柱形的銅電極A、B分別跟直流電源的正極和負極相連，與電源正極相連的A電極相當于正電荷，與電源負極相連的B相當于負電荷。兩電極間的距離約10 cm，與兩電極相連的直流電源電壓約為6 V，如圖所示。 (2)選基準點在兩電極的連線上，選取間距大致相等的五個點a、b、c、d、e作為基準點，并用探針把它們的位置復印在白紙上。(3)探測等勢點a從靈敏電流表的兩個接線柱上引出兩個探針，將兩探針觸接一下兩電極A、B，觀察電流表指針偏轉方向，掌握指針偏轉方向與通過的電流方向間的關系。(觸接兩電極時，時間一定要短，動作要快，以免損壞電流表)b左手持探針()跟導電紙上的某一基準點a接觸，然后在導電紙上兩電極連線的一側，距基準點約1 cm處再找一點，右手持另一探針()在這一點跟導電紙接觸，(一般地電流表指針有偏轉)左右移動探針()在導電紙上的位置，直到找到某一點a1，使探針()跟該點接觸時，電流表指針不偏轉(指在中央刻度)，用探