1.4 电势能与电势 课时教案（表格式）2025--2026年粤教版高中物理必修第三册

1.4《电势能与电势》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 粤教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
本节内容位于粤教版高中物理必修第三册第一章第四节，是静电场知识体系中的核心概念之一。电势能和电势的引入，是从能量视角理解电场性质的重要桥梁，既承接了前面“电场强度”这一描述电场力的性质的内容，又为后续学习“电势差”“电容器”以及“带电粒子在电场中的运动”奠定理论基础。教材通过类比重力势能，引导学生构建电势能的概念，并进一步定义电势，强调其作为描述电场能量属性的物理量，具有标量性和相对性。内容逻辑清晰，层层递进，体现了从具体到抽象、从现象到本质的科学思维过程。
学情分析
高二学生已具备一定的力学基础，对重力势能、功与能的关系有较深理解，这为类比迁移提供了认知支架。同时，他们刚学习了电场强度的概念，熟悉电场的矢量特性，但对电场的能量属性尚属陌生。学生的抽象思维能力正在发展，面对电势这种非直观的标量场可能产生困惑，尤其容易将电势与电场强度混淆。此外，部分学生在处理“零势面选择”“电势高低判断”等问题时缺乏系统方法。因此，教学中需强化情境创设、实验演示与数学工具结合，借助生活实例和可视化手段突破思维障碍，提升空间想象与逻辑推理能力。
课时教学目标
物理观念
1. 理解静电力做功的特点，掌握电场力做功与路径无关的结论，建立电势能的概念，并能运用公式WAB = EpA - EpB进行定量计算；
2. 掌握电势的定义式φ = Ep/q，理解其物理意义，明确电势是描述电场本身能量特性的标量，会判断电场中各点电势的高低。
科学思维
1. 通过类比重力场中重力做功与重力势能变化的关系，迁移构建电场中的电势能模型，发展类比推理能力；
2. 运用极限思想和比值定义法理解电势的引入逻辑，提升抽象概括与科学建模能力。
科学探究
1. 设计并分析“试探电荷在不同路径下移动时静电力做功”的模拟实验或推理过程，验证静电力做功与路径无关；
2. 通过小组合作探究电势高低的判断方法，归纳总结等势面与电场线的关系。
科学态度与责任
1. 在探究过程中养成严谨求实的科学态度，尊重实验数据与逻辑推理；
2. 认识电势概念在现代科技（如示波器、质谱仪）中的应用价值，增强将物理知识服务于社会发展的责任感。
教学重点、难点
重点
1. 静电力做功的特点及其与电势能变化的关系；
2. 电势的定义及其物理意义。
难点
1. 理解电势是描述电场本身的属性，与试探电荷无关；
2. 区分电势高低与电场强度大小的关系，正确判断复杂电场中的电势分布。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、类比迁移法、讲授法、合作探究法
教具准备
多媒体课件、静电场模拟软件、等势面演示仪、小灯泡电路演示板
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入，激发思考
【5分钟】 一、重温旧知，搭建桥梁 （一）、回顾重力场中的能量关系。
教师首先提问：“当我们把一个物体从地面举高到某一高度时，我们对它做了什么？它的能量发生了怎样的变化？”引导学生回忆：外力克服重力做功，物体重力势能增加；若物体自由下落，重力做正功，重力势能减少。强调“重力做功只与初末位置的高度差有关，与路径无关”，这是重力势能能够被定义的前提条件。接着展示一张瀑布与水电站的图片，提出问题：“水流从高处落下驱动涡轮发电，本质上是哪种能量在转化？为什么‘高’的位置具有做功能力？”引导学生认识到“高度”背后隐藏着“能量”的潜力，即重力势能。
（二）、提出驱动性问题，引出新课题。
教师转向静电现象，播放一段视频：带电小球在电场中加速运动撞击金属片发出声响。随后设问：“如果我们将一个正的试探电荷放入匀强电场中，它会如何运动？在这个过程中，谁在做功？能量又是如何转化的？”鼓励学生大胆猜想。有学生可能会说“电场力做功，电荷动能增加”。教师顺势追问：“那么，在电荷运动之前，它是否也像被举高的物体一样，储存着某种形式的能量？这种能量叫什么？它由哪些因素决定？”由此自然引出本节课的主题——电势能与电势。教师板书课题：“1.4 电势能与电势”，并强调：“今天我们要像科学家那样，用类比的思想，从‘能量’的角度重新认识电场。” 1. 回忆重力势能与做功关系。
2. 观察视频，思考电荷在电场中的能量变化。
3. 参与讨论，提出关于电场中能量的初步设想。
4. 明确学习目标，进入探究状态。
评价任务 回忆准确：☆☆☆
联想合理：☆☆☆
提问积极：☆☆☆
设计意图 通过温故知新的方式激活学生已有知识经验，利用“重力势能”作为认知锚点，降低新概念的学习难度。以真实情境视频引发认知冲突，激发探究欲望，使学生意识到仅用力学观点无法全面描述电场，必须引入能量视角，从而确立本节课的研究方向。
探究新知，建构概念
【18分钟】 一、探究静电力做功特点，建立电势能 （一）、分析静电力做功是否与路径有关。
教师引导学生思考：“要定义一种势能，前提必须是对应的力做功与路径无关。那么，静电力做功是否也满足这一特性？”给出一个典型情境：在水平方向的匀强电场E中，有一个正试探电荷q从A点沿直线移动到B点，位移为d，夹角为θ。请学生推导静电力做的功W = F·d·cosθ = qEdcosθ。接着提出问题：“如果这个电荷不是走直线，而是先竖直向上到C点，再水平向右到B点，静电力还做功吗？总功是多少？”组织学生分组讨论并尝试计算。通过分析发现：在竖直段，电场力方向与位移垂直，不做功；在水平段，做功仍为qEdcosθ，与直接走直线相同。教师进一步拓展：即使走折线、曲线，只要起点和终点确定，静电力做功就只取决于两点间的电势差。教师使用动画演示不同路径下电荷移动过程，动态显示功的累加结果始终相等，最终得出结论：静电力做功与路径无关，仅由初末位置决定。这为定义电势能提供了基础。
（二）、类比重力势能，定义电势能。
教师指出：“既然静电力做功与路径无关，我们就可以像定义重力势能一样，定义一个电势能Ep。”讲解：当电荷在电场中从A点移动到B点时，静电力做的功等于电势能的减少量，即WAB = EpA - EpB。强调该公式的普适性，并说明电势能具有相对性，需要选定零势能点（通常选无穷远或大地）。举例说明：如同海拔高度需选海平面为零点，电势能也需要参考点。教师板书公式，并通过一道例题示范计算：已知+2×10 C的电荷在A点电势能为6×10 J，在B点为2×10 J，求静电力从A到B做的功。学生计算得WAB = 6×10 - 2×10 = 4×10 J，做正功。
二、引入电势，揭示电场本质属性 （一）、提出问题：电势能属于谁？
教师设问：“电势能是电荷具有的能量，还是电场具有的能量？”引导学生思考：同一个位置，放入不同的电荷（+q和+2q），其电势能不同。说明电势能不仅与位置有关，还与电荷本身有关。那有没有一个量只反映电场自身的能量特性，而与试探电荷无关呢？启发学生类比密度ρ=m/V——质量m随物体变，但密度ρ反映物质本身属性。于是引出比值法思想：
“我们能否用‘单位电荷’所具有的电势能来描述电场的能量状态？”
（二）、定义电势，理解其物理意义。
教师正式给出电势φ的定义：电场中某点的电势等于该点的电势能Ep与试探电荷q的比值，即φ = Ep/q。强调这是一个比值定义式，电势φ是电场本身的属性，与是否放入试探电荷无关。单位为伏特（V），1V=1J/C。举例说明：若某点φ=5V，表示每库仑电荷在该点具有5焦耳的电势能。教师通过PPT展示点电荷电场中的等势面分布图，指出离正电荷越近，电势越高；离负电荷越近，电势越低。引导学生总结：沿电场线方向，电势逐渐降低。并通过一道判断题巩固：在匀强电场中，A、B两点位于同一条电场线上，A靠近正极板，B靠近负极板，则φA > φB。 1. 分析不同路径下静电力做功，验证与路径无关。
2. 理解电势能的相对性及计算方法。
3. 思考电势能归属问题，参与类比推理。
4. 掌握电势定义，判断电势高低。
评价任务 推导正确：☆☆☆
理解相对性：☆☆☆
掌握定义式：☆☆☆
设计意图 通过逻辑推理与数学演算，让学生亲历“静电力做功与路径无关”的论证过程，培养科学探究能力。采用类比法将抽象概念具象化，帮助学生顺利跨越认知鸿沟。通过设问层层递进，促使学生主动思考电势能与电场的关系，进而理解电势作为电场固有属性的本质，突破教学难点。
深化理解，辨析易混
【12分钟】 一、对比电势与电场强度，厘清概念边界 （一）、列表比较两个核心物理量。
教师组织学生以小组为单位，填写对比表格：包括物理意义（描述电场的力的性质 vs 能量性质）、矢标性（矢量 vs 标量）、决定因素（场源电荷与位置 vs 场源电荷与位置）、叠加原则（矢量叠加 vs 代数叠加）、单位（N/C 或 V/m vs V）等。完成后邀请小组代表分享成果，教师点评补充。特别强调：虽然E和φ都由场源决定，但二者无必然大小关系。例如在等量异种电荷连线中垂线上，电场强度不为零，但电势为零；而在匀强电场边缘，E可能较小，但φ不一定低。
（二）、借助等势面深化空间认知。
教师利用等势面演示仪或三维动画，展示点电荷、等量同号/异号电荷系统的等势面形状。提问：“等势面与电场线有何几何关系？”引导学生观察发现：电场线总是垂直于等势面，且指向电势降低的方向。进一步设问：“若电荷沿等势面移动，静电力做功吗？”学生根据W=qU可知U=0，故不做功，印证了电场力方向与等势面垂直。教师总结规律：等势面密集处电场强度大，稀疏处电场强度小，类似于地形图中等高线密集表示坡陡。
二、联系实际，体会科技应用 （一）、介绍电势在现代技术中的作用。
教师展示示波器屏幕上的波形图，解释：“电子束的偏转是由偏转板间的电势差控制的，电势的精确调控实现了信号的可视化。”再以质谱仪为例：“带电粒子在电场中加速，获得的动能来自于电势能的转化，Ek = qU。”让学生感受到抽象概念背后的现实力量。
（二）、完成课堂即时反馈练习。
教师投影两道选择题：
1. 关于电势和电势能，下列说法正确的是（ ）
A. 电势高的地方，电荷的电势能一定大
B. 电势为零的地方，电场强度一定为零
C. 在电场中移动电荷，若电场力做正功，电势能一定减少
D. 负电荷在电势高的地方电势能大
2. 如图所示为某电场的电场线分布，a、b为其中两点，则（ ）
（图略，假设a点电场线密，b点疏，且a更靠近正电荷）
A. Ea > Eb, φa > φb
B. Ea < Eb, φa < φb
C. Ea > Eb, φa < φb
D. Ea < Eb, φa > φb
学生独立作答后，教师请学生讲解思路，重点剖析错误选项的认知误区。 1. 小组合作完成对比表格。
2. 观察等势面图，归纳与电场线关系。
3. 了解电势的实际应用。
4. 完成练习，辨析易错点。
评价任务 对比清晰：☆☆☆
空间想象：☆☆☆
应用准确：☆☆☆
设计意图 通过系统对比，帮助学生构建完整的概念网络，避免混淆。利用可视化工具增强空间想象力，理解电场的空间分布特征。联系高科技应用，体现物理的实用性，增强学习动机。通过典型习题检测学习效果，及时纠正错误认知，实现深度理解。
归纳总结，升华主题
【7分钟】 一、结构化梳理本节知识脉络 （一）、师生共同构建知识框架。
教师引导学生回顾整节课的逻辑主线：从“静电力做功与路径无关”出发 → 引入“电势能Ep” → 发现Ep依赖于试探电荷 → 提出“单位电荷的电势能” → 定义“电势φ” → 揭示“沿电场线方向电势降低” → 建立“等势面”模型。教师一边口述，一边在黑板上绘制思维导图：中心为“电势能与电势”，分支分别为“做功特点”“电势能”“电势”“等势面”“与E的关系”“实际应用”。每个分支下简要标注关键词和公式，形成清晰的知识网络。
二、情景化结尾，寄托期望 （一）、讲述法拉第的故事，激励探索精神。
教师深情讲述：“19世纪初，迈克尔·法拉第在没有高等数学背景的情况下，凭借敏锐的物理直觉和无数实验，提出了‘力线’（即电场线）和‘等势面’的思想，为我们理解电磁世界打开了新大门。他曾说：‘从来没有一次实验失败，每一次都是发现了‘这样做不行’的方法。’今天我们所学的每一个概念，都是站在巨人的肩膀上前行的结果。”
（二）、升华课堂主旨，展望未来学习。
教师总结道：“电势，看似只是一个数字，但它承载着电场的能量密码。它不像电场强度那样‘看得见’的方向，却默默影响着每一个电荷的命运。正如人生的高度不在于一时的爆发力，而在于持续积累的势能。希望同学们不仅能掌握这些公式，更能领悟其中蕴含的科学思想——类比、抽象、建模。下一节课我们将探讨‘电势差’，那是驱动电流的真正动力，也是连接理论与生活的关键桥梁。让我们带着今天的收获，继续探索电世界的奥秘！” 1. 跟随教师回顾知识主线。
2. 参与构建思维导图。
3. 听取科学家故事，感悟科学精神。
4. 明确后续学习方向。
评价任务 脉络清晰：☆☆☆
理解深刻：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 通过结构化总结帮助学生整合碎片化知识，形成系统化的认知结构。以法拉第的真实故事收尾，赋予知识人文温度，弘扬坚持不懈的科学精神。结尾语既回顾今日所得，又巧妙预告下节内容，保持学习连续性，激发持续探究的兴趣。
作业设计
一、基础巩固题
1. 判断下列说法是否正确，错误的请改正：
（1）电场中某点电势的高低与该点是否放置试探电荷有关。
（2）电荷在电场中某点的电势能越大，该点电势就越高。
（3）沿电场线方向移动正电荷，电场力做正功，电势能减少。
（4）电势为零的点，电场强度一定为零。
2. 已知电场中A、B两点间的电势差UAB = 300 V，求：
（1）把电荷q = +2×10 C从A点移到B点，静电力做多少功？
（2）若将另一电荷q' = -5×10 C从A点移到B点，静电力又做多少功？
二、能力提升题
3.如图所示，真空中电荷量均为的两个点电荷相距为，B为它们水平连线上的中点，A为B左侧与B相距为r的点，C和D为中垂线上与B间距相等的两点。已知静电力常量为k，这两个点电荷间的库仑力大小为 ，它们在A点的合场强方向为 （选填“水平向左”、“水平向右”、“竖直向上”或“竖直向下”）。比较A、B、C三点的电势中、、高低： > > 三、实践拓展题
4. 查阅资料或实地观察，列举生活中三个利用“电势差”工作的电器设备，并简要说明其工作原理中涉及的电势能转化过程。例如：手机电池充电时，电能转化为化学能储存，放电时化学能转化为电能供电路使用。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. （1）错误。电势是电场本身的属性，与试探电荷无关。
（2）错误。电势能Ep = qφ，还与电荷电量和电性有关。
（3）正确。
（4）错误。如等量异种电荷中垂线上电势为零，但电场强度不为零。
2. （1）WAB = qUAB = (+2×10 ) × 300 = 6×10 J
（2）WAB = q'UAB = (-5×10 ) × 300 = -1.5×10 J
二、能力提升题
3. 【答案】 水平向左
板书设计
1.4 电势能与电势
【左侧主板书】
一、静电力做功特点：
W_AB = qEdcosθ （匀强电场）
→ 与路径无关！
二、电势能 Ep：
定义：W_AB = Ep_A - Ep_B
特点：相对性（零势点）、系统性
三、电 势 φ：
定义：φ = Ep / q （标量）
单位：伏特（V）
特点：电场本身属性，与q无关
四、重要关系：
沿电场线方向，电势降低
E ⊥ 等势面，指向φ减小方向
|E| ∝ 等势面密度
【右侧副板书】
类比：重力场 电场
高度 h 电势 φ
重力势能 EpG 电势能 Ep
重力 G 电场力 F=qE
W_G = -ΔEpG W_电 = -ΔEp
教学反思
成功之处
1. 成功运用类比法将“重力势能—高度”与“电势能—电势”对应，有效降低了学生理解抽象概念的难度，课堂反馈良好；
2. 通过分组探究静电力做功路径无关性，增强了学生的参与感和逻辑推理能力，体现了以学生为主体的教学理念；
3. 板书设计层次分明，主副板书配合得当，既呈现知识结构，又体现科学思维方法，有助于学生形成系统认知。
不足之处
1. 对于电势“相对性”的讲解略显仓促，部分学生对“零势点可任意选取”仍存疑虑，应在例题中增设不同参考点的对比计算；
2. 等势面的空间分布演示时间不足，三维想象能力较弱的学生难以完全建立立体图像，可考虑增加实物模型或AR互动体验；
3. 课堂练习时间紧张，未能充分展开错误选项的深度辨析，导致个别易混点仍未彻底澄清，需在下一课时加强巩固。