第十章 静电场中的能量 学习活动设计三不同电势间有什么关系呢

《第十章 静电场中的能量》学习活动设计三:不同电势间有什么关系呢
　　课前准备：
　　1.电场的两个基本性质是什么？
　　2.选择不同的位置作为电势零点，电场中某点的电势的数值是否会改变？
　　3.你能不能找到一个描述电场的能的性质的物理量呢？
　　课堂教学：
　　【任务情景一】
　　在重力场中物体在不同的楼层时，其高度是如何确定的？不同楼层间的高度差又是如何确定？改变物体的楼层时重力做功如何确定？在电场中又是如何确定不同点的电势关系以及电场力做功情况？
　　
　　【学习任务一】通过类比重力场中的高度差、高度和重力做功的特点，建立电场中的电势差、电势和电场力做功的概念。
　　提问1：重力做功有什么特点？
　　预测学生回答：重力做功与路径无关，仅跟物体的重力、物体移动的两位置的高度差有关。对同一物体，两位置的高度差越大，重力做功就越多。只要高度差确定，移动同一物体重力做功就相同。
　　提问2：类比于重力做功的特点，猜想电场力做功具有什么特点呢？
　　预测学生回答：电场力做功可能也与路径无关，可能与电荷在电场中移动的两位置有关。
　　教师总结提升：根据类比法，我们可以研究对同一电荷，电场力对它所做的功的特点。对于同一电荷，电场力对它所做的功，决定于两位置。
　　【学习任务二】以匀强电场的特例，给学生展示重力做功和电场力做功的两种情景，要求学生通过小组讨论交流完成类比讨论。
　　以下左图是物体从A运动到B，研究重力做功的情况。右图为在匀强电场中，研究电场力做功的情况。
　　
　　提问1：通过填表，分别求出，能发现有什么特点？
　　
　　预测学生回答：学生通过填表发现是一个定值，从而引出电势差。
　　教师引导学生：通过计算我们发现，q在电场中 A、B两点间移动时，电场力所做的功，跟它的电荷量q的比值是不变的，我们把这个比值叫做电势差，引出电势差的定义。
　　提问2：电势差由什么决定？ 是否与q有关？
　　预测学生回答：电势差由电场强度和位置本身决定，与W、q都无关。
　　提问3：电势差的大小，与选取的参考点有关吗？
　　预测学生回答：类比于两位置的高度差与零位置选取无关，两点间的电势差也与零势面选取无关。
　　提问4：电势和电势差都是标量，他们的正负号表示什么含义呢？
　　预测学生回答：电势的正负表示该点比参考点的电势大或小，电势差的正负表示两点的电势的高低。
　　教师提示总结：对可能出现正负符号问题，强调符号意义，由于q有正负，有正、负功，比值有可能为正、负值，明确正、负的意义。
　　【学习任务三】引导学生进行推导
　　
　　提问2：与、q有怎样的关系？
　　预测学生回答：由电荷移动的两位置A、B决定，与所经路径、、q均无关，但可由计算，而却由q，决定。
　　教师引导学生：从比值定义法定义概念的共性规律中得到，电势差与q、均无关，仅与电场中A、B两位置有关，电势差反映了电场本身的性质。
　　教师总结：电势差的物理意义，电势差反映了电场本身的性质。知道了电场中两点的电势差，就可以很方便地计算在这两点间移动电荷时静电力做的功，而不必考虑静电力和电荷移动的路径。
　　【学习小结】
　　教师引导学生分析、求解。培养学生对概念的理解能力和分析解决问题的能力。教师要帮助学生及时总结点评，在应用公式时，对各物理量的符号的处理方法，计算时将各量的正、负号代入公式，并根据结果的正、负号进行判断。
　　电场中两点的电势差，由电场本身的初、末位置决定，与在这两点间移动电荷的电荷量、电场力做功的多少无关。在确定的电场中，即便不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值，不能认为与成正比，与q成反比。只是可以利用、q来测量A、B两点电势差。
　　电场力做功W=qU，功的大小对给定的电荷来说与其运动路径无关，仅由起始和终了位置的电势差有关，此公式适用于一切电场。
　　【学习评价自测】
　　1.如图所示的电场中，A、B两点间的电势差=20 V，将点电荷，由A点移到B点，静电力所做的功是多少？
　　
　　答案：
　　解析：电场力所做的功，。
　　2.在如图所示的电场中，把点电荷，由A点移到B点，电场力做功。A、B两点间的电势差等于多少？B、A两点间的电势差等于多少？
　　
　　答案：-2V
　　解析：由静电力做功与电势差的关系得，，。