10.1电势能和电势
课型 新授课
教学内容分析
本单元的主要内容是静电场中的能量问题，本课时的教学任务是从静电力做功与电势能的变化之间的关系开始，引入电势能、电势等重要的物理概念，进而使学生能够联系之前学过的静电场、功能关系等知识认识静电场中的能量问题。本节内容通过类比学习法、比值法定义新物理量，使学生了解新物理量的含义并体会其定义方法，能用电势描述电场的性质。在学习过程中能够培养学生的物质观念、能量观念，并且使学生体会知识迁移，类比学习，使学生在学习分析论证过程中能够使用证据说明自己的观点。
学习者分析
学生在第九章静电场及其应用的学习中已经认识了静电场，并且学习了电场强度和电场线等电场的基本概念，学生在之前也学习过功和能的关系，这些知识都是学习电场中的能量问题的基本储备。由于静电场的能量问题比较抽象，在初中的物理学习过程中没有涉及，所以对于高中的第一次见到电势、电势能这些概念的学生来说，学习过程中会有困难。
学习目标确定
知道电场力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系，能用比值法定义电势。（物理观念）通过类比法分析得出静电力做功与电势能变化的关系，理解电势的定义、定义式、单位，能根据电场线判断电势高低。（科学思维）通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点分析问题的重要性。（物理观念）
学习重点难点
电场力做功、电势能、电势以及这些物理量间的联系
学习评价设计
通过课堂问答了解学生学习情况，找出存在的问题及时加以纠正；课堂问题的设计要在学生原有基础与课堂学习之间搭起桥梁，帮助学生克服学习障碍，纠正原有的错误观点或模糊认识，达到新的思维高度和探究水平。问题的设置要有针对性、与学习目标密切关联、有恰当的思维难度设置合适的课堂练习和课后练习题，通过解决具体问题使学生能自我评价，让学生作为主体对自己的学习进行反思，检查回顾学习的起电、过程、成果、困难和问题及其产生的原因，从而对自己的学习方法和学习能力有清醒的认识，明确下一步的学习方向。
学习活动设计
教师活动学生活动环节一： 引入教师活动1提出问题，导入新课。 老师：同学们，上一章我们学习了什么是电场，我们会用电场强度这个物理量来描述电场中不同位置的性质，电荷在电场里会受到静电力的作用等等这些静电场的知识。那么我们今天要更深入的认识了解静电场。首先大家请阅读课本26页的第一段提出的问题，然后认真思考，你能不能用你所学过的知识回答。学生活动1自主阅读思考，回答问题。学生回答：一个电荷在电场中只受到静电力的作用，如果从电场A点运动到B点，静电力与位移同向，那么静电力做正功。根据动能定理W=Ek2-Ek1可知，动能增加。从能量转换的角度，一定有其他能量减少了，由于是电荷在静电场中的问题，说明电荷在电场中拥有一种能量。活动意图说明：从教材提出的问题导入，引导学生思考，并且通过学生独立思考使学生了解本节课所学内容应该与电场力做功，电场能量有关系。关于电场力做功与电势能的关系，如果直接告诉学生，他们会不理解，我们通过分解问题，让学生一步步的从受力分析开始，然后求静电力做功，接着动能定理，最后能量转换，这样每一步都属于学生自己能够处理的问题，很自然的就使学生接受了电场中有能量的事实。通过这一环节，使学生感受到了各个物理量之间都是有联系的，必须通过所学规律找到这个联系，才能建立正确的物理观念和物理思维，才能更好的认识世界。环节二：静电力做功的特点教师活动2安排任务，提出问题1老师：通过上面的问题，我们发现静电力做功对研究电场的能量很重要。那么大家请动手解决下面这个问题。分析电荷q在匀强电场E中沿不同路径，从A点移动到B点，电场力做功的情况，并得到一定的结论。2老师：我们以前有没有学过类似的做功与路径无关的力？3那么我们对这两种力进行一个比较吧。4请同学们课后设计制作一个重力和静电力的对比表格，加深对静电力的认识。学生活动2自主尝试，小组讨论1学生经过小组讨论，计算，得到结论静电力做功与路径无关，在这个问题中，三条路径，静电力做功都是W=qELcosθ 2学生：重力做功也是与路径无关，只与始末位置有关。3学生：重力做功与路径无关，只与始末位置有关。三条路径重力做功均为mgh。重力做正功重力势能减少，重力做负功重力势能增加，并且重力做功与势能的变化的关系是：WG=-ΔEP活动意图说明通过研究静电力做功的特点，与重力做功进行对比，进而引入电势能和重力势能的对比，使学生认识电势能。学生通过回顾旧知识重力做功和重力势能，能够对比联想到静电力做功和电势能。对于物理思维很强的学生，甚至能够拓展到所有保守力做功都会与势能的变化有关。本环节的活动，对于培养学生的物理观念，物理思维有很大的作用。环节三：电势能教师活动3师生互动老师：虽然我们的例题是以匀强电场研究静电力做功问题的，但是静电力做功的特点在任何电场中都适用。下面我们来讨论电势能的特点。与重力做功和重力势能的关系一样，静电力做功也有一个与它相关的能量。我们把电荷在电场中不同位置具有的势能叫做电势能。静电力做功与电势能的关系：WAB=-ΔEP=EPA-EPB学生活动3学生总结电势能的特点电势能是标量，有正负。需要规定电场中某点为势能零点，才能确定电荷在电场中的电势能。电荷在A点电势能等于把电荷从A移动到势能零点静电力做的功。电势能有系统性，电势能是电荷与电场系统所共有的。活动意图说明本环节以老师授课为主，帮助学生更好的接受电势能的知识。让学生确定不同位置电势能的大小的比较，与静电力做功的关系。 环节四：电势教师活动4老师：电势能是电荷与电场系统共同拥有的能量，那么在电场中的某位置放置不同的电荷，电势能会不同。那么有没有一个物理量只是表征电场特性，而与电荷无关的呢？就像电场强度只与电场有关，与试探电荷无关，能够表征电场的力的特征。想一想我们电场强度是怎样定义的？我们使用比值法定义物理量的方法。电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做电场在这一点的电势。电势这个物理量有以下特点（定义，公式，单位，标量，意义）老师：把一个正电荷沿着电场线的方向移动，判断电场力做功，电势能的变化，电势的高低。如果换成一个负电荷呢？老师：有什么结论吗？学生：E=F/q学生：电场力做正功，电势能减少，因为电荷量为正，所有电势也在降低。如果是负电荷那么电场力做负功，电势能增加，因为电荷为负，所以电势降低。学生：静电力做功、电势能与电荷有关，电势只与电场有关，并且沿着电场线方向电势逐渐降低。活动意图说明电势是静电场的重要的基本概念。通过比值法定义新物理量是物理学很重要的方法。
板书设计
10.1电势能和电势一、静电力做功WAB= qELcosθ二、电势能1、静电力做功与电势能 WAB=-ΔEP=EPA-EPB2、势能零点的选取 EA=EA-E0=WA03、系统性三、电势1、定义2、公式：φ=Ep/q3、单位：V4、标量：电势有大小，有正负，是标量。沿着电场线电势在逐渐降低5、意义：
教学反思与改进
本节基本物理概念比较重要，为了学生能够更好的吸收理解，使用了与重力势能对比的方法，还使用了比值法定义物理量的方法，在课堂中取到了很好的教学效果。本节课在学生理解了电场强度这一与电场力的性质有关的物理量之后，又建立了与电场能量有关的概念，为学生建立了比较完整的电场的模型，再配合电场线和等势面的形象的补充，使学生更好的学会静电场的知识。今后的教学过程中，还要增加学生和教师的互动活动，更加增加学生课堂的主动性。
5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□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节是从能量的角度研究电场，延续通过通过功能关系学习能量的思想。由于静电力做功与路径无关，得到了电势能的概念。由于电势能的大小与检验电荷的电荷量成正比，于是得到了描述电场能量性质的物理量--电势。
学习者分析
学生已有知识和能力： 学生知道了电场对放入其中的电荷有力的作用，并学习了有关电场力、电场强度的相关知识。在力学中，学生学习了功和能的关系，初步具备了处理功和能关系的能力。 学生的欠缺之处： 由于电场看不见、摸不着，所以学生虽然明白电场是存在的，但是有关电场知识的学习，感觉还是很抽象。
学习目标
1物理观念、通过对电荷沿不同路径移动时静电力做功的计算，理解静电力做功与路径无关的特点。同时学习“化曲为直”的思想，掌握把变量转化为不变量的基本方法——微元法。 2科学探究与思维、通过类比“重力做功、重力势能”相关知识，理解电势能概念的得来，会通过静电力做功计算电荷在电场中的电势能。同时体会类比、归纳等方法在寻找物理规律过程中的重要作用。 3科学态度与责任、通过理论探究，理解电势概念引入的必要性及电势的含义。深化对比值定义法的理解，会计算电场中某点的电势。
学习重点难点
教学重点： 静电力做功的特点、电势能和电势概念的引入及理解 教学难点： 电势概念的理解
学习条件支持
静电摆、多媒体
6.学习活动设计
过程学习内容与教师活动（引领性问题）学生任务或学习活动设计设计意图或评价目标环节一 导入新课演示实验： 提出问题： 1.你能解释一下，通草球为什么这样运动吗？ 2.从能量的角度说明一次运动过程中，能量的转化情况。 观察演示实验 思考交流展示 交代课堂主线：研究静电场中的能量3.通过什么途径寻找电场中的这种能量？ 4.该情境可以抽象成一个什么样的物理模型？ 思考交流展示环节二 静电力做功的特点[问题情境]如下图所示，在强度为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，AB连线与电场线的夹角为θ，将一带电量为q的正电荷沿几条不同路径从A点移到B，试求静电力对电荷做功分别为多少 [问题延伸]在非匀强（点电荷）电场中，A、B两点距离点电荷分别为rA和rB，将正试探电荷q从A沿电场线方向移动到B，试求静电力做功为多少？（引导学生利用微元法、近似处理和推理演绎法结合得到） 拓展：沿任意路径 推导静电力做功的表达式（由直线到折线再到曲线，循序渐进） 思考交流展示从匀强电场模型，到以点电荷为代表的非匀强电场模型，依次得出静电力做功与路径无关的特点。这既为普遍的非匀强电场中静电力做功的推导提供了方向，又为突破难点减小了梯度。 通过理论探究，得出静电力做功与路径无关的特点，联想重力做功的特点，为建立电势能概念做准备。 小结：5.经过你的推导，静电力做功是多少？若沿不同的路径运动，静电力的功有变化吗？说明我们要寻找的能量有什么特点？尝试归纳总结静电力做功的特点。完成学习目标1环节三 电势能（1）静电力做功与电势能变化的关系 [问题情境2]如图所示的匀强电场，场强为E，试探电荷仅在静电力的作用下运动，请完成下列表格： 应用：如何比较+q电荷在电场中在A、B两点的电势能大小？ 追问：若在电场中移动的是-q呢？ 电势能 思考：如何确定电荷放在电场中某点的电势能大小呢？ [问题情境3]如图所示的匀强电场，场强为E，取O点为零势能点，A点距O点为L，AO连线与电场强度反方向的夹角为θ，则在A点放入不同的电荷电势能分别是多少？完成下列表格： 思考： 1、负号表示什么含义？ 2、电势能的大小与哪些因素有关系呢？联想：重力做功与重力势能的关系 思考并完成表格内容 思考交流展示 回顾：物体在重力场中某点重力势能大小确定的方法。 完成表格内容 思考并回答问题，总结电势能的相对性、标量性、系统性等特点电势能概念的引入，是建立在与重力势能的类比之上，目的是寻找学生的最近发展区，把学生已有的知识、经验作为新知识的生长点，引导学生从现有基础出发，在迁移中获得新知识。 通过实例分析得到电势能的特点，将抽象的物理概念用具体情境形象的显示出来，化解难点。同时为电势概念的引入做铺垫。 小结：从结果上看，电势能的影响因素有哪些？能否用电势能描述电场自身的性质？ 可以用一个怎样的量来描述电场自身的能量性质？思考交流展示 类比：电场强度的定义方法 完成学习目标2环节四 电势问题：沿电场线方向，把正试探电荷q从A移动到B，试分析：A、B两点的电势高低。 思考：若移动的是负电荷，A、B两点的电势高低呢？ 联想：你能否从重力势能得到描述重力场性质的物理量呢？思考交流展示 分析总结：电势高低与电场线方向的关系 完成学习目标3 将抽象的电势与形象的“重力势”对应，便于理解电势概念课堂小结概念： 规律： 原理：
板书设计
电势能和电势 一、静电力做功 特点：与路径无关，只有初、末位置有关 二、电势能Ep 1、由于静电力做功与路径无关，电荷在电场中具有与位置有关的能量——电势能 2、静电力做功等于电势能的减少量 电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时静电力做的功。 三、电势 1、定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值叫做这一点的电势，用表示。 2、公式： （与试探电荷无关） 3、沿电场线方向电势降低 4、电势和电势能都是相对的，且为标量，正负号均表示大小
作业与拓展学习设计
1.如图所示，电场中有A、B两点，则下列说法中正确的是 A、电势φA> φB 场强EA>EB B、电势φ A> φ B 场强EAEpB 2、如果把q=1.0×10-8C的电荷从无穷远处移至电场中的A点，需克服电场力做功W=1.2×10-4J.那么 ⑴ q在A点的电势能和在A点的电势各是多少？ ⑵ q未移入电场前A点的电势是多少 ？
