2.2 电势与等势面 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第三册

2.2《电势与等势面》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 鲁科版高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于鲁科版高中物理必修第三册第二章第二节，是静电场知识体系中的核心概念之一。电势作为描述电场能量性质的重要物理量，与前面学习的电场强度形成“力”与“能”的双重视角，体现了物理学科中“从不同维度研究同一现象”的科学思维。教材通过类比重力势能引入电势概念，帮助学生建立知识迁移的桥梁，并借助等势面的几何描述，将抽象的电势分布可视化，增强空间想象能力。本节内容为后续学习电势差、电场与电势的关系、带电粒子在电场中的运动等打下坚实基础，具有承上启下的关键作用。
学情分析
高二学生已具备一定的抽象思维能力和空间想象力，掌握了重力场中重力势能的概念，具备类比学习的基础。但在理解电势这一标量场时，容易与矢量场的电场强度混淆，难以摆脱“力”的思维定式。同时，等势面的空间分布较为抽象，学生在构建三维空间模型时存在困难。此外，学生对“电势是相对量”“零势点可任意选取”等概念理解不深，易产生认知冲突。因此，教学中需通过具体情境、实验演示和动态模拟，强化概念建构过程，引导学生从“做功”角度理解电势的本质，突破思维障碍。
课时教学目标
物理观念
1. 理解电势的概念，掌握其定义式φ = Ep/q，能解释电势是描述电场能量属性的物理量，明确其标量性与相对性。
2. 理解等势面的概念，掌握其基本特点，能识别常见电场（如点电荷、匀强电场）的等势面分布，并理解等势面与电场线的关系。
科学思维
1. 能通过类比重力势能的方法建构电势概念，发展类比推理能力；能从静电力做功与路径无关的特性出发，理解电势能变化与电场力做功的关系，形成逻辑推理链条。
2. 能运用等势面模型分析电场中能量分布，结合电场线进行综合判断，提升空间想象与模型建构能力。
科学探究
1. 能设计简单方案验证等势面上移动电荷电场力不做功，体验科学探究过程。
2. 能利用模拟软件或实验装置观察等势面分布，收集数据并进行分析，提升实验设计与数据分析能力。
科学态度与责任
1. 在探究过程中保持严谨求实的科学态度，尊重实验事实，勇于质疑与交流。
2. 认识到电势与等势面在科技生活中的广泛应用（如心电图、电场防护），增强将物理知识服务于社会的责任意识。
教学重点、难点
重点
1. 电势的概念及其定义式φ = Ep/q的理解与应用。
2. 等势面的基本特点及其与电场线的关系。
难点
1. 理解电势的相对性与零势点的选择。
2. 建立等势面的空间分布模型，理解其与电场强度方向的垂直关系。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、类比法
教具准备
多媒体课件、等势面演示仪、导电纸、探针、电压表、点电荷电场线与等势面三维模型
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，激发思考
【5分钟】 一、类比引入，唤醒旧知 （一）、回顾重力势能，建立类比桥梁
教师在多媒体屏幕上展示一个山坡上的小球，提问：“当小球从高处滚下时，它的重力势能如何变化？这种变化与什么力做功有关？”引导学生回忆：重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加。进一步追问：“我们用什么物理量来描述物体在重力场中的能量状态？它与哪些因素有关？”学生回答后，教师板书：重力势能Ep = mgh，其中h是相对于参考平面的高度。
接着，教师切换画面，展示一对带正负电的点电荷，提出问题：“在电场中，一个试探电荷从A点移动到B点，它的电势能是否也会发生变化？这种变化又与什么力做功有关？”引导学生思考静电力做功与电势能变化的关系，类比得出：静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加。此时，教师强调：“就像高度h描述了重力场中位置的能量属性一样，我们需要一个物理量来描述电场中某点的能量属性——这就是我们今天要学习的‘电势’。”
（二）、提出核心问题，明确学习任务
教师进一步设问：“如果我们在电场中放置不同电荷量的试探电荷，它们在同一位置的电势能是否相同？这说明电势能是属于电荷本身的，还是属于电场本身的？”通过讨论，引导学生认识到电势能是电荷与电场共有的，但电场本身具有能量属性。因此，需要定义一个只与电场本身有关、与试探电荷无关的物理量——电势。由此引出本节课的主题：《电势与等势面》，并板书课题。 1. 回忆重力势能与重力做功的关系。
2. 类比思考电势能与静电力做功的关系。
3. 思考电势能的归属问题。
4. 明确本节课的学习目标。
评价任务 类比迁移：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
目标明确：☆☆☆
设计意图 通过类比重力场中熟悉的重力势能概念，降低学生对抽象电势概念的理解难度，建立知识迁移的桥梁。以问题链驱动思维，引导学生主动思考电势能的本质，自然引出电势的必要性，激发探究兴趣。
概念建构，层层推进
【15分钟】 一、定义电势，理解本质 （一）、从电势能出发，定义电势
教师在黑板上写出电势能的表达式：Ep = qφ，然后反推得到φ = Ep/q。强调：电势φ是电场中某点的属性，等于单位正电荷在该点具有的电势能。教师举例说明：若某点电势为5V，表示1C正电荷在该点具有5J的电势能；-3C电荷在该点的电势能为-9J。通过具体数值帮助学生理解公式含义。
接着，教师提出关键问题：“电势的大小是否与试探电荷q有关？”组织学生小组讨论。引导学生分析：虽然Ep与q成正比，但比值Ep/q只由电场本身决定，与q无关。因此，电势是描述电场能量性质的物理量，具有客观性。教师进一步说明电势是标量，有正负，正负表示相对于零势点的高低。
（二）、理解电势的相对性与零势点
教师设问：“我们说某点高度是10米，是相对于哪里而言的？电势是否也有类似情况？”引导学生回忆参考平面的概念。教师解释：电势具有相对性，必须选定零电势点才能确定其他点的电势值。通常选择大地或无穷远处为零势点。教师通过动画演示：在点电荷电场中，若以无穷远为零势，则正电荷周围电势为正，负电荷周围电势为负；若改变零势点，各点电势值整体平移，但两点间电势差不变。强调电势差才是绝对的、可测量的物理量。
二、引入等势面，构建模型 （一）、定义等势面，观察特征
教师提问：“在电场中，是否存在一些点，它们的电势相等？如果把这些点连成一个面，会是什么形状？”引导学生想象。教师给出等势面定义：电场中电势相等的点构成的面。通过多媒体展示点电荷、等量同号/异号电荷、匀强电场的等势面分布图，引导学生观察其形状特点：点电荷为同心球面，等量同号电荷为“8”字形，匀强电场为平行平面。
（二）、探究等势面与电场线关系
教师提出探究任务：“等势面与电场线之间可能存在什么关系？请结合电场力做功特点进行推理。”提示：在等势面上移动电荷，电场力是否做功？学生讨论后得出：因ΔEp=0，故W=0，说明电场力方向与位移方向垂直，即电场强度方向（电场线切线方向）与等势面垂直。教师总结：电场线总是垂直于等势面，且由高电势指向低电势。 1. 理解φ = Ep/q的物理意义。
2. 讨论电势的相对性与零势点选择。
3. 观察等势面分布图，归纳特征。
4. 推理等势面与电场线的垂直关系。
评价任务 概念理解：☆☆☆
逻辑推理：☆☆☆
空间想象：☆☆☆
设计意图 通过公式推导与实例分析，帮助学生深刻理解电势的定义及其标量性、相对性。利用类比与动画演示突破“零势点”这一难点。通过观察与推理相结合的方式，引导学生自主发现等势面的几何特征及其与电场线的垂直关系，发展科学思维与空间建模能力。
实验探究，深化理解
【12分钟】 一、动手操作，验证等势面 （一）、介绍实验装置与原理
教师展示等势面测绘实验装置：导电纸、两个电极（模拟点电荷）、直流电源、电压表、探针。讲解原理：在导电纸上施加电压，形成二维模拟电场。用电压表测量两点间电压，若为零，则两点电势相等。指导学生如何固定一个探针在参考点，移动另一个探针寻找等电势点，并标记位置。
（二）、分组实验，绘制等势线
将学生分为四组，分别测绘：正点电荷、负点电荷、等量同号电荷、等量异号电荷周围的等势线。教师巡视指导，提醒学生保持探针垂直接触、读数稳定后再记录。鼓励学生多测几个等势点，连成光滑曲线。
二、数据分析，总结规律 （一）、展示成果，交流发现
邀请各组代表上台展示绘制的等势线图，描述其形状特征。教师用投影仪汇总各组结果，与理论模型对比，肯定实验成果。
（二）、深化认识，建立联系
教师提问：“你们发现等势线是否闭合？是否相交？相邻等势线间距反映了什么？”引导学生总结：等势线不闭合（除孤立电荷外）、不相交；间距越小，电场越强。进一步提问：“若画电场线，应如何画？”引导学生回忆电场线垂直等势线、由高电势指向低电势的规则，尝试补充电场线，形成完整的场分布图。 1. 学习实验原理与操作方法。
2. 分组合作完成等势线测绘。
3. 整理数据，绘制等势线图。
4. 展示成果，参与规律总结。
评价任务 实验操作：☆☆☆
合作交流：☆☆☆
规律归纳：☆☆☆
设计意图 通过动手实验，将抽象的等势面概念转化为可视化的等势线，增强学生的感性认识。在“做中学”的过程中，培养学生实验技能、数据处理能力和团队协作精神。通过成果展示与讨论，促进知识内化，深化对等势面性质的理解。
应用拓展，联系生活
【8分钟】 一、解析生活实例，体现价值 （一）、解读心电图中的等势面
教师播放一段心电图（ECG）视频，提问：“心电图记录的是什么信号？它与电势有何关系？”引导学生思考：心脏跳动时，心肌细胞的去极化和复极化产生变化的电场，在体表形成动态的等势面分布。心电图就是记录体表两点间电势差随时间的变化曲线。说明医生通过分析这些电势变化来判断心脏健康状况。
（二）、讲解高压防护中的等势服
展示电工穿戴等势服（法拉第服）进行带电作业的照片。提问：“为什么电工可以徒手触摸高压线而不触电？”引导学生运用等势面知识解释：等势服由导电材料制成，使电工身体各部位处于同一电势，体内无电势差，故无电流通过，保障安全。强调这是等势面原理在工程安全中的重要应用。
二、课堂小结，结构化回顾 （一）、梳理知识脉络
教师引导学生共同回顾本节课内容：从重力势能类比引出电势→定义φ = Ep/q→理解其标量性与相对性→引入等势面→探究其特点与电场线关系→实验验证→生活应用。用思维导图形式在黑板上呈现核心概念与逻辑关系。 1. 观察心电图，理解其物理原理。
2. 解释等势服的工作机制。
3. 参与知识梳理，构建知识网络。
4. 思考物理知识的实际价值。
评价任务 知识迁移：☆☆☆
实际应用：☆☆☆
系统归纳：☆☆☆
设计意图 通过心电图和等势服两个典型实例，展现电势与等势面在医学与工程领域的实际应用，增强学生的学习兴趣与社会责任感。通过结构化小结，帮助学生整合零散知识，形成清晰的知识体系，提升元认知能力。
课堂总结，升华主题
【5分钟】 一、激励性总结，展望未来 （一）、情感升华，激励成长
教师深情总结：“今天我们不仅学习了电势与等势面这两个重要的物理概念，更经历了一次科学思维的旅程——从类比到建模，从理论到实验，从抽象到应用。电场看不见摸不着，但我们用智慧的双眼‘看’到了它的能量分布，用灵巧的双手‘画’出了它的等势轮廓。这正是物理学的魅力所在：用简洁的公式描述复杂的世界，用理性的光芒照亮未知的角落。
正如法拉第在研究电磁现象时所说：‘一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。’希望同学们也能保持这份好奇与探索精神，在今后的学习中勇敢追问‘为什么’，善于构建‘怎么样’，努力成为那个能用物理眼光看世界、用科学思维解难题的人。下节课我们将继续探索电势差与电场强度的关系，揭开电场更深层的秘密，期待你们的精彩表现！” 1. 聆听总结，感受物理之美。
2. 反思学习过程，获得启发。
3. 激发继续探索的兴趣。
4. 明确后续学习方向。
评价任务 情感共鸣：☆☆☆
思维启迪：☆☆☆
学习期待：☆☆☆
设计意图 通过富有感染力的语言和名人名言，将知识学习上升为科学精神的熏陶，激发学生的内在动力。用诗意的语言描绘物理探索的过程，增强学科美感。以展望式结尾为下一课时埋下伏笔，保持学习连续性。
作业设计
一、基础巩固
1. 关于电势的概念，下列说法正确的是（ ）
A. 电势是矢量，方向由高电势指向低电势
B. 电势的大小与试探电荷的电荷量成正比
C. 电势是标量，但有正负，正负表示大小
D. 电势的大小与零势点的选择有关
2. 在点电荷+Q的电场中，A、B两点到点电荷的距离分别为r和2r，则A、B两点的电势之比为______，电场强度之比为______。
二、能力提升
3. 如图所示为某电场的等势面分布图，相邻等势面间电势差相等。已知φ = 10V，φ = 6V，φ = 2V。
（1）请在图中标出电场线的大致方向；
（2）比较A、B、C三点电场强度的大小关系：______；
（3）将+q电荷从A点移到C点，电场力做功为______（填“正”“负”或“零”）。
三、实践探究
4. 查阅资料，了解“脑电图（EEG）”的工作原理，写一段200字左右的文字，说明其与电势概念的联系，并思考：医生如何通过脑电波判断大脑活动状态？
【答案解析】
一、基础巩固
1. D 【解析】电势是标量，A错误；电势与试探电荷无关，B错误；电势正负表示相对于零势点的高低，不表示大小，C错误；电势具有相对性，与零势点选择有关，D正确。
2. 2:1；4:1 【解析】点电荷电势φ ∝ 1/r，故φA:φB = 2r:r = 2:1；电场强度E ∝ 1/r ，故EA:EB = (2r) :r = 4:1。
二、能力提升
3. （1）电场线方向垂直等势面由高电势指向低电势，即由左向右；
（2）EA > EB > EC 【解析】等势面越密集，电场越强；
（3）正 【解析】+q从高电势A移到低电势C，电场力做正功。
板书设计
电势与等势面
一、电势 φ
1. 定义：φ = Ep / q （标量）
2. 单位：伏特（V）
3. 相对性：φ与零势点选择有关
4. 特点：沿电场线方向电势降低
二、等势面
1. 定义：电势相等的点构成的面
2. 特点：
（1）不相交、不闭合（孤立电荷除外）
（2）电场线 ⊥ 等势面
（3）由高电势指向低电势
（4）密集处E大
三、应用：心电图、等势服
教学反思
成功之处
1. 通过类比重力势能有效降低了电势概念的抽象性，学生接受度高，课堂参与积极。
2. 实验探究环节设计合理，学生动手绘制等势线，直观感受到电场分布，空间想象力得到有效锻炼。
3. 联系心电图与等势服等生活实例，增强了物理的实用性和趣味性，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
不足之处
1. 部分学生在理解“电势相对性”时仍存在困惑，尤其是零势点改变后电势值整体平移的概念需进一步强化。
2. 实验过程中，个别小组探针接触不良导致数据偏差，影响绘图精度，今后需加强实验前的操作培训。
3. 课堂时间紧张，部分学生未能充分表达对应用案例的思考，拓展环节可适当延伸至课后。