第十章 静电场中的能量 学习活动设计一：认识静电场中的能量

《第十章 静电场中的能量》学习活动设计一：认识静电场中的能量
　　课堂教学：
　　【任务情景】复习重力做功的特点
　　教师活动：课件展示如下情景，给学生1分钟时间思考，然后提问学生。
　　情景一：如图所示,质量为m的物体在重力场中, 分别：
　　（1） 沿折线从A运动到B
　　（2） 沿直线从A运动到B
　　（3） 沿曲线从A运动到B
　　提问1：重力分别做多少功？
　　预测学生回答：物体沿不同路径由A 到B,重力做功仅与A、B两点竖直方向高度差有关,与所走路径无关,W=mgh。
　　提问2：重力做功有什么特点？
　　预测学生回答：由于重力做功与所走路径无关,所以可以引入与位置有关的重力势能.
　　提问3：重力做功与重力势能的关系是什么？
　　预测学生回答：重力做正功,重力势能减小；重力做负功,重力势能增加。即重力做功等于重力势能的减少。重力势能是地球和物体所组成系统所共有的。
　　【学习任务一】讨论电场力做功的特点
　　教师活动：组织学生交流和讨论。
　　情景二：结合下图分析试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。
　　（1）q沿直线从A到B
　　（2）q沿折线从A到M、再从M到B
　　（3）q沿任意曲线从A到B
　　提问1：分析三种情景下电场力做功的情况
　　学生讨论得出：
　　提问2：通过情景的三种情况，能够得到什么结论？
　　学生讨论得出：在匀强电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关。
　　【学习任务二】讨论电场力做功与电势能变化的关系
　　教师活动：强调电场力做功与路径无关这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是对非匀强电场也是适用的。并引导学生体会电场力做功与重力做功的特点是否相似？
　　预测学生回答：电场力做功与重力做功都与路径无关，所以二者做功相似。
　　提问3：根据功和能的关系，重力做功引起重力势能的变化，同样电场力做功要引起能量的变化，说明电荷在电场中具有能量，这种能量叫电势能，那电场力做功与电势能的变化有怎样的关系？
　　学生思考讨论，教师点评总结：电场力做多少功，电势能就改变多少。电场力做正功，电势能就减少，电场力做负功，电势能就增加。写成公式就是：
　　【学习任务三】讨论如何确定电荷在电场中某点的电势能
　　情景三：如图所示的匀强电场中，若选取B点为电势能为零的位置，且试探电荷q从A到B的过程中，电场力的功为
　　提问1：试探电荷q在A点的电势能是多少？
　　提问2：若被移动电荷的极性、电荷量不同,对其电势能有何影响？
　　提问3：若电荷所处电场发生变化, 对位于其中的电荷的电势能有何影响？
　　教师活动：组织学生交流和讨论
　　预测学生回答：电场中某点的电势能就是把电荷从某点移动到零电势能位置时静电力所做的功。即
　　教师补充：
　　1.一般大地表面或无穷远处被默认为电势能零点。
　　2.若被移动电荷的极性、电荷量不同、电荷所处电场发生变化, 电势能都要发生变化。如果在电场中没有电荷, 就不会有电势能。如果有试探电荷而没有电场,也不会有电势能。所以，电势能是电荷和电场这个系统所共有的。
　　【学习小结】
　　教师：组织学生整理三个学习任务的内容，然后分小组回答总结。
　　【学习评价自测】
　　1.关于在电场中移动电荷与电势能的关系，下列说法中正确的是（　　）
　　A.电荷沿电场线方向移动，电势能一定增加
　　B.电荷沿电场力方向移动，电势能一定增加
　　C.电荷逆电场力方向移动，电势能一定增加
　　D.电荷沿垂直于电场线方向移动，电势能一定不变
　　答案：CD
　　解析：电场力做正功，电势能减少。电场力做负功，电势能增加。电场力不做功，电势能不变。
　　2.有一电荷量C的电荷，从电场中的A点移到B点时，克服静电力做功J。求：
　　①电荷的电势能怎样变化？变化了多少？
　　②以B为零势能点，电荷在A点的电势能是多少？
　　③如果把这一电荷从B点移到C点时静电力做功J，电荷的电势能怎样变化？变化了多少？
　　④如果选取C点为零势能点，则电荷在A点的电势能又是多少？
　　⑤通过这一例题你有什么收获？
　　解析：
　　①静电力做功J，电势能增加了J。
　　②以B为零势能点，电荷在A点的电势能是J。
　　③J，电荷的电势能减少了J。
　　④以C点为零势能点，则电荷在A点的电势能J。
　　⑤取不同的零势能点，同一电荷在电场中同一点的电势能数值是不同的。