资源简介

主题五 电与磁及其应用
第二节 电势能 电势　电势差 教学设计案例
课程内容 第二节 电势能 电势　电势差
课程类型 启发讲授课 课时 2 学时
教材内容分析 本节主要让学生通过实验，知道静电场中的电荷具有电势能，能够分析电荷在电场中的不同位置具有的电势能。了解用比值定义电势的方法，知道其物理含义。理解电势差的概念，能进行简单的计算。了解匀强电场中电场强度与电势差的关系。
学情分析 本节内容都是学生以前没有学习过的内容，而且又比较抽象，因此对学生来说都是难点。但这部分内容又很重要，可以让学生更深刻地理解电能，理解电压概念的来历，对电学专业学生将来的职业发展起着重要的基础作用。因此教师可以借助类比、分析、演绎、归纳、数学等方法帮助学生理解，克服这一部分难点。
教学目标 1．建构电势能、电势、电势差的概念，形成电场中的电荷具有电势能、沿着电场线的方向电势降低、电势差就是电场中两点之间的电势之差等物理观念，并能应用其解释生产、生活中的现象。
2．了解推理电场中的电荷具有电势能的演绎方法、定义电势的比值定义法以及将电势能与重力势能、电势与高度相类比的方法。了解描述电势差的概念以及匀强电场中电势差与电场强度的关系时使用的数学、归纳等科学论证方法。
3．观察“研究电场对电荷能量的影响”等演示实验，增加对电势能的感性认识，增强实验观察素养。了解电势差与电场强度的关系在生产中的应用，增强技术运用素养。
4．通过对电势能等相关问题的讨论，增强合作交流的意识和能力。了解静电除尘等内容，增强保护环境的社会责任感。
教学重点 让学生建构电势能、电势、电势差的概念，了解匀强电场中电势差与电场强度的关系。
教学难点 建构电势能的概念，运用类比方法判断电荷在电场中不同位置电势能的增减。运用类比方法建构电势的概念。
教学策略 让学生通过自主学习与合作学习了解新知识，形成新观念，提高实验观察能力，受到科学方法熏陶。
主要教法 启发式讲授、演示实验、组织合作学习
主要学法 自主学习、观察实验、思考讨论、合作学习
教学资源 多媒体课件展示系统、静电感应起电机1台、带横杆的铁架台1个、用棉线拴着的小箔筒1个、带绝缘底座直径约6 cm的金属球1个等。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1.什么是电势能？ 2.如何判断某电荷在电场中两点的电势能的多少？ 3.什么是类比方法？ 4.什么是电势？ 5.如何判断电场中电势的高低？ 6.什么是电势差？ 7.匀强电场中电势差与电场强度的关系是什么？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 创设情境： 在初中物理中我们已学过，在如图所示的电路中，要想让电路中的白炽灯正常工作，就要在其两端加上电压。 展示图片、提问： 电压是什么？电流经过用电器后，发生了什么变化？ 观看、思考 激发学生学习动力，明确学习目标。
新课教学 演示实验：研究电场对电荷能量的影响 将小箔筒用棉线竖直悬挂在A点，如图所示，让它带上正电荷q，小箔筒处于最低位置。当我们将带正电荷Q的金属球从远处移到A点附近时，观察小箔筒位置发生的变化。 进行演示实验，组织合作学习，提问： 小箔筒上的正电荷q处于金属球的电场中后具有了做功的本领，即具有了一定的 ，可将小箔筒从A移动到B。在此过程中，正电荷q的一部分 转化为小箔筒的重力势能。 观看、讨论、合作学习，回答： 正电荷q处于电场中后具有了一定的能量，可将小箔筒从A点移动到B点。在此过程中，正电荷q的一部分能量转化为小箔筒的重力势能。 通过实验，增强学生对电势能的感性认识。
物理学中，把电场中的电荷由于受到电场力的作用而具有的能量称为电势能，用Ep表示。电势能是标量，它的国际单位制单位是J（焦）。 讲述 倾听、记忆 帮助学生建构电势能的概念。
处于地球表面的物体，可以认为处于重力场中。当物体由高处竖直下落位移h时，重力做正功mgh，物体的重力势能将减少mgh；反之，当物体由低处竖直上升位移h时，重力做负功mgh，物体的重力势能将增加mgh。 电场中电荷的电势能与重力场中物体的重力势能在这方面相类比：在电场中，当电荷从一点移动到另一点时，如果电场力对电荷做了多少正功，电荷的电势能就减少多少；如果电场力对电荷做了多少负功，电荷的电势能就增加多少。 电场中，电场力做功和电势能变化之间的关系可以归纳为 WAB = EpA－EpB 上式中的WAB是电荷从A点移动到B点时电场力做的功，EpA是电荷在A点具有的电势能，EpB是电荷在B点具有的电势能。 使用类比方法，讲解电场中的电势能的规律。 倾听、理解、记忆 让学生通过类比方法，了解电荷在电场中所具有的电势能的规律。
例如，在如图所示的电场中，一个正电荷在电场力F1的作用下，从A点移动到B点时，电场力做正功，因此可知正电荷在A点的电势能多，在B点的电势能少；一个负电荷在电场力F2的作用下，从D点移动到C点时，电场力也做正功，因此可知负电荷在D点的电势能多，在C点的电势能少。 展示图片、列举实例讲解判断电势能多少的方法。 观看、倾听、理解 引导学生进一步理解电势能的规律。
【思维与方法】 类比方法 类比方法是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似，而猜测它们在其他方面也可能相同或相似的推理方法。 讲述 倾听 让学生了解科学方法。
在地球表面，我们可以直接判断出一个物体重力势能的多少：同一个物体在高处的重力势能多，在低处的重力势能少。即物体重力势能的多少与物体地理位置的高度有直接的关系。 同样，人们为了能够直观地比较电荷在电场中的电势能的多少，把放在电场中某一点的电荷所具有的电势能Ep与电荷量q的比值称为该点的电势。电势一般用符号V来表示： 电势是标量，它的国际单位制单位是V（伏）。 使用类比方法，讲解电势的概念。 倾听、理解、记忆 通过类比方法，帮助学生建构电势的概念。
经过长期实践，人们归纳出电场中电势的高低可以根据电场线的方向来判断：沿着电场线的方向，电势越来越低。 电场中的电势与地球上的高度一样，都是相对的。要确定某一点的电势，首先要选择一个零电势点。例如，在一个匀强电场中有A、B、C、D四点，若选取D点为零电势点，A、B、C三点的电势就分别为30 V、20 V、10 V，如图所示。 若选取A点为零电势点，B、C、D三点的电势就分别为－10 V、－20 V、－30 V，如图所示。 零电势点的选取可以是任意的。实践中，常选取大地或仪器的公共地线为零电势点。 展示图片，讲解电势的特点及零电势点的选取方法。 观看、倾听、理解、记忆 让学生了解电场中电势的特点及零电势点的选取方法。
【思考与讨论】 与同学讨论，根据Ep = qV可演绎出：对于一个正电荷来说，在电势高处，电势能 ；在电势低处，电势能 。而对于负电荷来说，在电势高处，电势能 ；在电势低处，电势能 。（填“多”或“少”） 组织学生合作学习、巡视、指导、答疑 合作学习、观察、讨论、质疑 引导学生分析应用电势的概念，判断电荷在电场中不同处电势能的多少。
电场中任意两点的电势之差，称为这两点的电势差，也称为电压，用符号U表示。若电场中A、B两点的电势分别为VA和VB，则这两点间的电势差为 UAB = VA－VB 电势差也是标量，它的国际单位制单位也是V（伏）。在图5-2-4中，A、B两点间的电势差UAB＝30 V－20 V＝10 V；B、A两点间的电势差UBA＝20 V－30 V＝－10 V。 电场中某点电势的大小与零电势点的选取有关，其值是相对的。而任意两点间的电势差却与零电势点的选取无关，是绝对的。例如，在上两图中，不论选择哪一点作为零电势点，AD两点间的电势差始终是30 V。 展示图片、讲解电势差的概念及特点。 观看、倾听、理解、记忆 帮助学生建构电势差的概念，了解电势差的特点。
电源的作用就是给白炽灯提供电势差，即电压。白炽灯两端，靠近电源正极的一端电势高，靠近电源负极的一端电势低。电荷流入白炽灯前的电势能多，流出白炽灯后的电势能少，减少的电势能转化为白炽灯的光能和热力学能。 展示图片、讲解，回应“情境与问题”中的问题。 观看、倾听、理解 让学生了解运用所学概念解释实际问题。
电势差与电场强度是有联系的。通过理论推导可以得出，在匀强电场中，沿电场强度方向的两点间的电势差等于电场强度与这两点的距离的乘积。 如图所示，在某一匀强电场中，A、B两点间的电势差为UAB，距离为d，电场强度为E，则 UAB＝Ed 上式还可以写成 此公式说明，在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场强度方向单位长度的电势差。由于电势差UAB的单位是V，距离d的单位是m，因此，我们得到电场强度的另一个单位V/m（伏/米）。 展示图片、讲解匀强电场中，电势差与电场强度的关系。 观看、倾听、理解、记忆 让学生了解匀强电场中，电势差与电场强度的关系。
【应用与拓展】 静电除尘 以煤为燃料的工厂、电站，每天排出的烟尘带走大量的煤粉，不仅浪费燃料，而且造成严重的环境污染。利用图5-2-7所示的静电除尘器可以消除烟气中的煤粉。 展示图片、组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 观看、倾听、理解 让学生了解静电除尘技术中电势差与电场强度关系的应用。
自由讨论 本节的主要内容讲完了，同学还有哪些疑问，自由提问，小组讨论，自由抢答。 组织学生自由提问、讨论，或回答问题。 向老师提出自己的疑问、回答同学的问题。 通过思想的碰撞，发展学生质疑创新的核心素养。
归纳总结 本节学习了电势能、电势、电势差等概念，了解了匀强电场中电势差与电场强度之间的关系，了解了类比等科学方法，受到了环境保护方面的教育等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、记忆 帮助学生巩固所学。
课后 提升 书面作业
板书 设计 略。
评价 反馈 本节课堂上学生回答问题得到的分数、批改学生作业后将评语及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？授课过程中是否考虑到新旧知识的衔接？是否注意由浅入深地进行引导？教学难点的处理方法是否恰当？是否调动了全体学生的学习积极性？是否采用了合作学习、探究学习的教学策略？是否给学生提供了思维方法指导？学生是否进行了动手实践活动？是否注重了学生正确价值观、爱国主义思想等的培养？思考自己的讲授、启发、提问、组织、指导、回答等方面有哪些需要改进的地方。
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