10.1 电势能和电势 教学设计（表格式）

第1节《电势能和电势》教学设计
姓名 董晓琳 联系电话
学段 高二 展示单元 必修第三册第十章（第一节）
课题 人教版高中物理必修第三册10.1电势能和电势
教学内容分析
教材从力的角度介绍了电场的性质之后，本章开始从能的角度理解电场。对电场的理解进一步深入。本节按静电力做功-电势能-电势的线索进行编排，先论证静电力做功和路径无关，再类比重力做功，提出电势能的概念，提出电势能具有相对性。最后从能量角度建立电势概念，电势能和电势是电学中两个极其重要的概念，是后续学习的基础。但是内容过于抽象，为了更好帮助学生学习和理解。本节新授课安排两个课时。第一课时：电场力做功特点和电势能。第二课时：电势。
学情分析
学生已经学习了重力做功的特点以及重力势能，知道功的计算。会用比值法求电场强度，知道电场强度是描述电场性质的物理量。学生虽然有一定知识储备和逻辑推理能力，但是对于电势能和电势这个抽象的概念会觉得难以理解非常困惑，教学中要引导学生得到引入这两个概念的必要性，多用提问降低学生思维难度，提升其思维品质，掌握具体的解决问题的方法，并且用类比的方法辅助具体实例让学生理解深刻。
教学目标
1.通过计算在匀强电场中移动电荷静电力所做的功，认识静电力做功跟路径无关的特点。 2.通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法。 3.理解电势能的变化与静电力做功的关系。 4.知道电势能的定义。知道常见的电势能零点的规定方法。 5.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，会并判断电场中两点电势的高低。
教学重难点
教学重点： 1.电势能概念的建立。 2.电势能的变化与静电力做功的关系。 3.电势概念的建立 教学难点： 1根据静电力做功的特点引入电势能的概念。 2.比值法定义电势，理解电势是电场本身的性质。
教学流程
课时1 知识回顾---规律探究（电场力做功特点）----电势能概念建立-----电势能概念理解-----与重力势能对比加深理解----自主小结 课时2 提出问题----归纳属于电场能的性质特点---找到属于电场能的性质的物理量----得出概念----电势高低判断方法------与电场强度对比加深理解----重力场与电场对比---自主小结
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
第一课时知识回顾 1、物体做自由落体运动时速度为什么会改变，做平抛运动时呢？ 2、物体动能改变的原因？动能是由什么能转化而来？ 3、重力做功的特点？ 4、带电体在静电场中受力的方向怎么判断？大小如何计算？ 学生积极思考，回答 已有知识是学习本节知识的基础，简要复习，易于接下来的教学活动
问题提出 思考讨论书本26页问题。哪种能量减少导致电荷功能增加？ 什么是能量变化的量度？ 学生思考 创设情境，引出研究的问题。培养学生多角度思考问题的能力，培养其思考解决问题的方向。
规律探究（电场力做功特点） 1.获取研究思路 这种能量肯定是因为电场的存在而具有的，能量的变化与静电力做功密切相关。所以下面我们可以通过研究静电力做功来研究电场中的能量。从功入手研究能量是我们一贯的思路。 我们曾经学过两类力，它们做功的特点不同。一类力做功与路径无关，学过那哪个力是这样的？重力。一类力做功与路径有关，哪个力是这样的特点？滑动摩擦力。这两类力做功的特点是不同的，所对应的研究方法也不同。所以下面我们来计算静电力所做的功，看看与电荷运动的路径有没有关系？ 2.证明匀强电场中静电力做功跟路径无关 做一做：在电场强度为E的匀强电场中任取A、B两点，AB的连线长度为l，与电场强度的方向夹角为θ。把带正电的试探电荷从A点移动到B点，若试探电荷的电荷量为q，计算下面三种情况下静电力对电荷所做的功： （1）把q沿直线AB从A点移动到B点； （2）把q沿折线AMB从A点移动到B点； （3）使q沿任意曲线ANB从A点移动到B点。 分析：通过前两个问题的计算，初步得出结论——沿不同的路径把q从A点移动到B点，静电力做功相同。利用“微元法”的思想，计算第三个问题，得出与前两问相同的结果。 结论：在匀强电场中，不论q经由什么路径从A点移动B点，静电力所做的功都是一样的。因此，在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功只与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。 3.推广到一般的电场 “静电力所做的功与电荷经过的路径无关。”这个结论虽然是从匀强电场得出的，但可以证明对于其他静电场同样适用。因为证明超出了高中物理的要求，不做详细推导。 经过科学论证，形成猜想 按照要求，计算具体情境下电场力做功的大小。并讨论分析，得出结论。 学生回答总结形成合理表述。 对问题的推理形成猜想，提高科学探究能力。 设计合理科学探究思路---类比，得到解决问题的方向 具体情境下，结合学生已有知识结构，通过学生自主推导，提升学生获取和处理信息的能力，逻辑思维能力。 体会微元法的应用，提高数学推理能力， 提升学生对结果进行交流总结能力。 从特殊到一般，体现科学思维中的归纳提升能力
-电势能概念建立 1.之前我们学过哪个力做功与路径无关？ 重力做功同样与物体运动的路径无关，只跟物体下落的高度有关。 重力做功什么能发生了变化？ 重力做功时，物体的重力势能会发生变化。 类比重力势能，提出电势能的概念，得出“静电力做功等于电势能的减少量”。 （1）电场力做功，是不是也有某个能量发生变化了？ 电场中也存在这种由位置决定的能量，我们把这种能量叫做 “电势能”。 电场力做功和电势能变化关系是怎样的？ 类比重力做功，我们可以推测静电力所做的功等于电势能的减少量。这一结论我们通过能量关系能否验证？根据动能定理，静电力所做的功等于动能的增加量；根据能量守恒定律，动能增加量等于电势能的减少量，所以静电力所做的功等于电势能的减少量。 静电力做功与电势能的关系式 静电力做功和电势能关系用式子如何表达？ 如果用WAB表示电荷由A点运动到B点静电力所做的功，EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点的电势能，它们之间的关系式为： WAB ＝ EpA － EpB 当WAB 为正值时，EpA > EpB，表明静电力做正功，电势能减少。 当WAB 为负值时，EpA < EpB，表明静电力做负功，电势能增加。 电势能的大小 如何确定电场中某点的电势能？ 需要确定电势能零点 大小的确定可以通过电场力做功。 （1）定义 若规定电荷在B点的电势能为0，则电荷在A点的电势能数值上等于将电荷由A点移动到B点静电力所做的功WAB。 例题1 如图，带正电粒子从A运动到B，分析电场力的功和电势能的变化。 如果从B运动到A，情况又如何？ 如果粒子带负电呢？ （2）相对性 类比重力势能，我们可以知道零势能位置的选取是任意的。若规定电荷在A点的电势能为0，那么电荷在B点的电势能等于静电力所做的功WBA：EPB＝WBA。相对不同的零势能位置，电荷在同一点电势能的数值可能是不同的，电势能的数值是相对于零势能位置而言的，因此电势能具有相对性。对于选定的零势能位置，电势能可能有正值和负值。电势能的正负表示大小。 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。 例2 如图,在场强 的匀强电场中，点电荷q=+1c从A移动到B，AB相距L=1m，电场力做功为多少电势能如何变化？A点电势能多大？ 例3 有一电荷量q=-3×10-6C的点电荷,从电场中的A点移到B点时,克服静电力做功6×10-4J,从B点移到C点时静电力做功9×10-4J.问: 1.以B为零势能点，电荷A点时的电势能EPA1是多少 2.如选取C点的电势能为零,则电荷A点时的电势能EPA2又是多少 （3）电势能是电场固有的能量吗？ 电势能是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 4.思考与练习 想一想:在正点电荷形成的电场中，将试探电荷+q和-q分别从A点移动到无穷远处，静电力做什么功？电势能怎样变化？ 学生积极思考讨论，通过类比，得出电势能的概念，并且说出电势能和电场力做功的关系。 学生利用动能定理及能量守恒定律理解存在的电势能和动能的关系。 学生学习定义后自己完成练习 通过思考讨论认识到电势能的大小描述需要定义势能零点。 积极思考，学生板演。巩固对电势能的理解 知道电势能可以为可以为正也可以为负 学生思考讨论回答，举出例子说明电势能不是电场本身固有的 是属于系统共有的 学生思考非匀强电场的情况 得出答案 引导学生得到研究方向，通过类比获取新的物理观念。建立能量观。 训练学生多角度理解问题本质，对电势能这个能量观念理解更为全面。 学以致用，同一情境，改变问题，提高学生对电势能的本质理解。 类比方法再一次应用，让学生体会知识学习过程的相似性 从匀强电场到非匀强电场，充分让学生认识电势能的本质特点
与重力势能对比加深理解 完成重力势能与电势能对比表格 请学生分组讨论小结本节课内容并总结 完成表格 回答 利用对比法加深理解
自主小结 请学生分组讨论小结本节课内容并总结 小组讨论，代表总结本课内容 培养学生归纳整理知识的能力
第二课时提出问题 归纳属于电场能的性质特点 电场强度是如何定义的？2、能否用电势能来描述电场？3、描述电场能的性质的物理量应该具有什么特点 电势能不能描述电场的性质，描述电场能的性质应该与电场本身有关，与电荷所处电场中的位置有关。 思考 讨论 师生通过讨论得出一致观点，引导学生形成合理猜想，提升科学探究能力
找到属于电场性质的物理量 这个物理量到底是什么呢？我们通过一个具体案例来分析一下。 匀强电场中，设E=2V/m ,沿着电场线 AB距离lAB=2m,带电体所带电荷量为q。当q不同时，以B为零势能面，求A点的电势能： 我们计算发现，q不同，A点电势能不同。她们之间有什么联系吗？ 电势能和q的比值是定值。 那这个比值有没有什么特殊意义呢？大家分析下符合刚才我们讨论得到的性质特点吗？可以用这个物理量表示电场能的性质吗？ 这个物理量定义为电势。 通过具体案例计算分析数据 从具体到一般，锁定找到的物理量。 设定具体情境，提供证据，强化学生科学探究过程的证据意识，基于证据得出结论。
电势特点 与电场力比较 那这个物理量如何定义，数学表达式如何写？单位呢？是标量还是矢量？有没有相对性？前面我们用重力势能和电势能做了类比，那么什么物理量可以和电势做类比呢？电势又叫做电位，是一个和位置有关的物理量。和描述电场的另一个物理量电场强度有何异同？ 问题串，学生自己得结论 与高度做类比，理解电势的特点 完成与电场力比较的表格 多重问题，让学生积极参与，而非被动接受，再次渗透类比思想，体会比值法定义物理量。
电势高低判断方法 如何比较电势的高低？ 匀强电场有AB两点，AB连线与电场线夹角为θ。分析电荷从A点移动到B点过程中电场力做功，电势能及电势变化情况。 根据这三个方面的情况，我们发现有两种办法可以判断电势高低。可以通过电场力做功和判断电势能的高低。电场力又和电场线相关，请大家具体说一下如何判断电势高低。 刚才的情境中，电势降低的方向有哪些？哪个方向电势降低最快？沿着电场线降低是最快的。如果知道场源电荷是不是知道了电场线的分布，电势高低与离场源电荷的距离有什么关系？电势能和电势有什么关联？ （1）沿电场线 (场强)方向电势逐渐降低。即电场线指向电势降低的方向。 （2）场源电荷判断法：离场源正电荷越近，电势越高，离场源负电荷越近，电势越低.若以无穷远处电势为零，正点电荷周围各处的电势都为正，负点电荷周围各处的电势都为负。 （3）电势能判断法：正电荷在高电势处电势能较大；负电荷在低电势处电势能较大. 分析完成表格 分析表格，得出初步结论 教师引导，得出具体结论 创设具体情境，针对具体问题，培养学生解决问题的能力。 提升模型建构能力。
巩固理解 如图所示，带箭头的线表示某电场的电场线。在电场力作用下，一带电粒子（不计重力）经A点飞向B点，径迹如图中虚线所示，试判断 （1）粒子带____电； （2）粒子在____点加速度较大； （3）粒子在_____电动能大； （4）A、B两点相比，______点的电势高。 在地球上的物体会受到力的作用，实际上物体也是处于一个重力场之中的，那么同学们能比较重力场和电场的相同和不同之处吗？ 势不可挡，势不两立，掎角之势，审时度势，趋炎附势...... 这些词语中的势和电势的势有没有某种共同的含义呢？ 学生练习回答 学生思考讨论，完成对比表格 巩固之前学过的知识，进一步理解电场的性质 通过进一步对比，再次理解电场这种特殊的物质，渗透物质观能量观等等 从语言出发，了解势的概念的哲学特点，进一步理解电势。
小结 请以小组为单位，回顾本节知识 小组讨论总结 学生梳理回答 提高学生总结归纳能力