《第十章 静电场中的能量》教学目标与重难点分析（word版教案）

《第十章 静电场中的能量》教学目标与重难点分析

　　（一）学习目标
　　1.理解静电力做功跟路径无关的特点。通过类比重力势能理解电势能的概念，体会能量观点是分析物理问题的重要方法。理解电势能的变化与静电力做功的关系。
　　2.通过建立电势概念的过程，理解电势是从能的角度描述电场的物理量，会判断电场中两点电势的高低。通过类比等高线理解等势面的概念。
　　3.知道电势差的概念。知道两点之间电势差与这两点电势之间的对应关系。理解静电力做功与电势差的关系式，能应用静电力做功的公式进行计算。
　　4.会推导匀强电场中电势差与电场强度的关系式U=Ed，能应用关系式进行有关计算。
　　5.认识常见的电容器，通过实验感知电容器的充、放电现象。理解电容的概念及定义方法，知道电容的单位。通过实验探究影响平行板电容器大小的因素，了解平行板电容器的电容公式。
　　6.通过解决带电粒子在电场中加速和偏转的问题，加深对从牛顿运动定律和功能关系两个角度分析物体运动的认识，以及将曲线运动分解为两个方向上的直线运动来处理的思路的认识。了解示波管的构造和基本原理。
　　（二）重点和难点及分析：电势能 电势 带电粒子在电场中的运动
　　1.电势能与电势是本章的重点，也是难点。说它是重点的原因是：第一，电势是描述电场两个核心概念之一（前一个是电场强度），电势是描述电场能量性质的物理量。第二，建立电势概念与建立电场强度概念都采用了用物理量之比定义新物理量的方法，有利于学生体会科学研究方法。之所以是难点的原因是：第一，经过《普通高中教科书物理必修第二册》功和能的关系问题学习，对学生来说，能量虽然是熟知的概念，但是电势能的概念抽象，需要类比重力势，电势和电势差概念相对更抽象。第二，学生学习重力势能时没有接触与电势相对应的物理量，如“重力势”，所以教科书通过类似电场强度的定义过程来定义电势。
　　2.带电粒子在电场中的运动要求学生会从运动和力的关系的角度、从做功和能量变化的关系的角度进行分析解决问题，并能对偏移距离、偏转角度、离开电场时的速度等物理量进行分析与计算。由于力学和电学知识的综合应用程度逐渐提高以及微观带电粒子运动的抽象性，学生在学习这部分内容时会出现困难，所以确定为本单元重点和难点。
　　（三）重难点的突破策略
　　本章教学中要善于采用类比的策略发展前认知中有利的概念，创设基于真实的概念前的物理情境，采取循序渐进、实验、归纳、演绎等教学策略建构新概念，突破疑难点。
　　1.通过创设情境突出重点，突破难点。为什么静电力做功与路径无关就可以引人电势能的概念？这是学生常常感到困惑的问题，也是教师不容易讲清楚的内容。应该怎样讲清楚这个因果关系？学生已经学习了动能定理的知识，因此，就有条件使电势能的引入更有逻辑，可以在学生原有认知基础上创设合理情境，通过逻辑推理来建立电势能的概念。例如创设这样的情境：一个带电质点在电场中由A运动到B，只受静电力作用，由于静电为做功，质点增加了一定的动能。由动能定理可知，质点增加的动能等于静电力所做的功。根据能量守恒定律，质点动能的增加定意味着另一种形式的能量减少，这种形式能量的减少量也等于静电力做的功（功是能量变化的量度）。由于静电力做的功与路径无关，是由始、末位置决定的，说明电场中这种形式的能量是由位置决定的，因此把这种能量叫作“电位能”，后来统一称为“电势能”。这样，电势能概念的提出不是笼统、抽象的，而是创设了质点在静电力作用下由A运动到B的具体情境后，根据动能定理，一环扣一环进行思维加工，从而引出电势能的。为什么试探电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量之比跟试探电荷无关呢？可以创设这样的情境：以无限远为零势能位置，把电荷量为q的试探电荷从无限远移到电场中某点。设静电力做负功，功的绝对值为W，则试探电荷在电场中该点的电势能是W。现把另一电荷量为2q的试探电荷也从无限远移到电场中同一点，它们的路径一样，位移完全相同。两个试探电荷在电场中同一位置，2q所受的静电力始终等于1q的2倍（因电场强度相同），因此从无限远移动2q到电场中某点静电力做的功一定是1q的2倍。这样2q在电场中的电势能就是1q的2倍，因此，试探电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量之比必然跟试探电荷的电荷量无关。
　　2.要善于运用类比的方法以引导学生建构概念，突破疑难点。由于静电场中能量的相关概念和规律都非常抽象，离学生的生活实践和体验感知较远，所以要通过类比学生已经学习的、较容易感知的重力场来学习建构静电场中能量的相关概念，这一点非常重要。比如，用重力场类比静电场，重力势能类比电势能，重力做功类比电场力做功，用重力做功和重力势能变化的关系类比电场力做功和电势能变化的关系。应该指出，静电力做功比重力做功的情况复杂。因为地球产生的重力场对物体只能产生引力，但场源电荷产生的电场对电荷既可以产生引力，也可以产生斥力，导致静电力做功的情况较为复杂。在同一电场中，同样从A点到B点，移动正电荷与移动负电荷，电荷的电势能变化是相反的。教学的重点要突出重力做的功等于重力势能的减少量，无论正、负电荷，静电力做的功都等于电势能的减少量。教师还可以用地理知识中的等高线类比等势面（线），用水桶盛水类比电容器储存电荷，用水桶的容积类比电容器的电容，用平抛运动类比带电粒子在电场中的偏转运动，等等。
　　3.引导学生通过对比学习来加深对概念的理解。电势和电场强度的概念都是通过比值定义法得出的：电场强度，试探电荷在电场中某点所受的静电力与其电荷量之比跟试探电荷无关；电势，试探电荷在电场中某点的电势能与其电荷量之比跟试探电荷无关。但两个公式有很大的不同。电场强度E是矢量，定义式描述的是电场强度的大小，它的方向跟正电荷的受力方向相同，跟负电荷的受力方向相反。公式中，F为静电力的大小（不带正负号），q为电荷量的绝对值（不带正负号）。电势是标量，公式中，为试探电荷在该点的电势能（带正负号），q为电荷量（带正负号），电势的正负由二者比值决定。