10.1 电势能和电势 教学设计（表格式）

教学设计
课题 电势能和电势
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 实验探究课□ 习题/试卷讲评课□ 课题研究课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
前一章已经就电场“力的性质”进行了分析。本章主要从电场“能的性质”分析电场，类比法贯穿本章的整个教学过程。本节中用到的物理思维方法较多，类比法尤为突出。本节从静电力做功电势能电势的线索设计教学内容，突出通过做功研究能量变化的科学思想。有利于培养学生能量的物理观念。 教材首先论证静电力做功与路径无关，接着通过类比法得出了电势能的概念，静电力做的功等于电势能的减少量，电势能具有相对性。
学情分析
学生对于看不见摸不着的电场还是很好奇的，电荷在电场中会有力的作用，会不会也具有能量？静电力大的地方是不是能量也多？这些都是学生迫切想知道的。 在知识层面上，学生已经学习过重力做功特点，知道用微元法分析曲线轨迹做功方法，理解重力做功等于重力势能的减少量，了解重力势能的系统性、相对性等。有利于通过类比方法，帮助学生理解静电力做功特点，电荷在电场中具有能量—电势能。 与重力做功和重力势能变化量关系类似，静电力做功等于电势能的减少量。学生熟悉匀强电场的概念，能判断正电荷和负电荷在匀强电场中受力方向，计算静电力做功，结合动能定理和能量守恒有助于学生理解静电力做功与电势能变化关系。
学习目标
1.通过复习重力做功推导过程，类比计算在匀强电场中静电力对电荷做功，认识静电力做功与路径无关的特点。（科学思维、科学探究） 2.通过类比重力势能引入电势能，体会类比法在科学研究中的重要作用。（物理观念、科学思维、科学探究） 3.通过教学各环节中对问题串的思考，并与组内同学交流，培养实事求是，科学严谨的科学态度。（科学态度与责任）
教学重点难点
教学重点：静电力做功特点、静电力做功与电势能变化量的关系、电势概念的建立 教学难点：电势能相对性的理解，电势概念的建立
教学辅助支持
智慧黑板 感应起电机、平行板电容器、锡纸小球、纸板、导线
教学活动设计
过程学习内容与教师活动学生任务/活动设计设计意图及对应目标达成环节一 探究电场力做功的特点教师活动1 生活中的类比：牛黄、珍珠 课件展示如下情景， 情景一：如图所示,质量为m的物体在重力场中, 分别： （1）自由落体 （2）沿折线从A运动到B （3）沿直线从A运动到B （4）沿曲线从A运动到B 提问1：重力分别做多少功？ 提问2：重力做功有什么特点？ 提问3：重力做功与重力势能的关系是什么？ 问题4：如何得出重力势能的概念？学生活动2 复习重力做功的特点，重力做功与重力势能变化的关系，重力势能概念的得出过程。 回顾已学知识，类比重力做功，重力做功与重力势能变化的关系，重力势能的得出过程，来类比分析电场力做功特点，电场力做功与电势能变化的关系及电势能概念的得出。 教师活动3 从受力角度考虑，电荷放在电场中会受到静电力的作用；物体在重力场中会受到重力的作用，是否可以认为，这个特征两者是相似的？ 提出问题： 1.物体在重力场中具有重力势能，电荷在静电场中也有势能吗？ 重力做功与路径无关，静电力做功也与路径无关吗？ 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：求解三种运动情况下电场力所做的功； 提问2：比较三种情况电场力做功的结果，分析电场力做功的特点。 学生活动3 逐步解决问题，逐层深入，小组讨论加自我思考，运用类比方法分析求证：就简单的直线利用功的定义求的静电力做的功，然后扩展为折线静电力做功结果与直线对比，最后再回到最普遍的曲线情况，利用微元法分析结论与之前对比寻找规律。证明在匀强电场中，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。 对电场力做功的一系列问题的提出由浅入深，学生运用所学知识对问题提出见解，通过讨论和证明验证自己的预测，在整个过程中，学生可以体会到成功的喜悦，有利于达成课堂教学中的情感目标，同时，还有利于培养学生理论联系实际的科学思维方法，对于过难的问题老师的适当引导也让学生运用所学知识解决问题的能力有所提升。体现类比方法在学习中的重要作用。环节二 探究电场力做功与电势能变化的关系 教师活动4 情境：正点电荷q在匀强电场中由A点从静止释放。 问题1：电荷受到的静电力方向指向哪里？静电力对电荷做哪种功？ 问题2：电荷动能如何变化？ 问题3：根据能量守恒，类比重力做功来回答：增加的动能是由什么能转化的？ 问题4：功是能量变化的量度。类比重力势能变化与重力做功的关系，总结静电力做功与电势能变化的关系。学生活动4 求证静电力做功与路径无关后顺势得出与静电力做功对应的势能---电势能，类比重力做功与重力势能的关系，依据能量守恒定律得出电势能变化与静电力做功的关系。 进一步加深对电势能的理解，再次体会类比方法在物理学习中发挥的重要作用，强化功能关系的和谐统一。教师活动5：学以致用 电场强度为E=3000N/C，AB的连线长度为d=0.1m,正电荷的电荷量为q=1.0×10-9C。 问题1：求电荷从A到B，电场力做多少功？ 问题2：分析电荷由A到B过程电势能如何变化？ 问题3：根据静电力做功能得出电势能的变化，请思考如何得到电荷在A点的电势能呢？ 问题4：类比重力场中重力势能、电势的大小有关因素，总结电势能、电势大小的计算方法。 学生活动5 讨论：类比重力做功等于重力势能的变化，重力势能和电势的得出过程，讨论得出静电力做功只确定电势能的变化量，只有把某点电势能规定为0，才能确定其它点的电势能，可见电势能也具有相对性。总结得出电场力做多少功，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：利用问题串引发学生的主动思考，深入学习，类比重力势能，使学生理解电势能的相对性。知道必须先选取零势能点，进而才能确定电场中某点的电势能，为下面电势的分析做好准备，再一次体会类比法的重要作用。环节三 探究电势的意义与定义式教师活动5：演示实验 实验一:物体自由下落 问:不考虑空气阻力,大家想一想物体的动能为什么增大 实验二:铁架台上用塑料线拴住一个泡沫小球,用带电橡胶棒靠近小球。 实验三：让锡纸小球静止在两块平行板电容器之间，给平行板电容器带电，小球就从平行板的一端运动到另外一端。 问:从能量的角度分析小球的动能为什么会增加 学生活动5： 学生观察实验，思考：物体的动能为什么增大 学生通过观察实验能够直观感受到锡纸小球在静电力的作用下从静止变为运动，从能量的角度分析，增加的动能是由电场力对小球做功，电势能转化为动能。环节5探究电势的性质教师活动6： 从影响势能的因素类比： 1.问题: (1)重力场中重力势能与什么有关 (2)静电场中电势能与什么有关系 2.电势能是相对的，具体数值与零 势能面的选取有关。 从场力做功与能量的关系类比： 重力势能和电势能类比 学生活动6： 学生根据问题串进行重力势能和电势能的比较。 创设情境，利用问题串引导学生用类比法理解电势能和重力势能。。课堂小结
板书设计
10.1电势能和电势 重力场 静电场 从场力做功特点： 与初末位置有关， 与初末位置有关， 与运动路径无关。 与运动路径无关。 从影响势能因素： 相对性、标量、 系统性 相对性、标量、系统性 从场力做功与势能关系：WAB = EPA - EPB = - EP WAB = EPA - EPB = - EP
作业与拓展学习设计
（一）基础类作业 1.如图1所示，实线是一组未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域的运动轨迹，a、b是其轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用，比较带电粒子在a、b两点的电势能大小和速度大小的关系。 图1 2．在如图2所示的匀强电场中，一电荷量q=+2.0×10-8C的点电荷所受电场力F=4.0×10-4N。沿电场线方向有A、B两点，A、B两点间的距离x=0.1m。求： (1)匀强电场场强E的大小； (2)将该点电荷从A点移至B点的过程中，电场力做的功。 图2 3.某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8 kW·h。为了节约能源，该市政府建议大家都把室内设定温度提高1℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg。发电厂的发电效率是30%。请计算一下，这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤？（结果均保留两位有效数字） 综合类作业 4．在图4中，甲为匀强电场，电场强度为E，电场中沿电场线方向上有A、B两点，距离为d，设A、B两点间的电势差为UAB。 （1）一个点电荷q从A点移动到B点，请利用功的定义式以及电场力做功与电势差的关系式证明：E=UAB/d。 （2）图乙是某一正点电荷周围的电场线分布图， M、N、P为其中一条电场线上的三点，N是MP的中点，请判断电势差UMN与UNP的大小关系。 图4 拓展提升类作业 5.如图5（a）所示，一光滑绝缘细直长杆处于静电场中，沿细杆建立坐标轴x，细杆各处电场方向均沿x轴正方向，电场强度E随x的分布如图（b）所示。带电的小环套在细杆上，其质量、电荷量。小环受沿x轴正方向的恒力作用，从O点由静止开始运动，，以O点为零电势点。求： （1）O、A两点间的电势差； （2）小环在A点的电势能； （3）当小环到达B点时撤去恒力F，求小环向右运动到最远处的位置坐标。 图5
教学反思与改进
本节课的教学设计试图在课堂教学过程中突出类比法的思维特征和思维过程，强调类比过程中的求证环节，希望学生在体验类比法的优越性的同时，掌握电势能和电势的有关知识。 本节是为了让学生运用已有的知识来获取知识，即利用重力做功和重力势能的有关知识认识电势能的有关规律，从而体会到科学探究的乐趣。学生认识电势能有关规律采用类比和理论探究的方法，让学生获得体验，加深对知识的理解。 本节让学生对比分析，实际授课过程中发现学生对以往知识有所遗忘，独立推导能力欠缺，需要老师引导和小组讨论，另外在突破电势能和电场力做功的难点时，学生接受起来没有想象的那么好，特别是电场力做正功电势能减小，反之变大的结论易记错，不能类比到重力势能。另外对一些求解电场力做功的习题学生掌握不熟练，公式在不同情况下选择出问题。 学生在学习中要多提问，让学生自我发现问题，体会到科学探究的乐趣，体会都科学发展的曲折，学生充分思考后老师再加以引导。 改进：毛皮摩擦的橡胶棒靠近带泡沫小球的运动，实现现象不明显进行改进。让锡纸小球静止在两块平行板电容器之间，给平行板电容器带电，小球就从平行板的一端运动到另外一端，这个实验现象比较明显。 为了更好的完成电《势能和电势》的学习，课前让学生复习必修二《重力势能》，留明确具体的复习任务。可以是练习题，可以是知识点，还可以是证明等。