资源简介

教学设计
课题 第十章 电势能、电势、电势差及其与电场强度的关系 第 周 第 节
了 解 学 情 明 确 目 标 一、“三情”（教情、学情、考情）分析 本章内容是在上一章从力的角度描述静电场后起到承上启下作用的一章。本章将从能的角度描述静电场，并为后续电路、磁场部分的学习奠定基础。第一节的主要内容是引入电势能、电势的概念，同时，也对功能关系进行补充和完善。第二节电势差是在第一节基础上的深化、具体化和应用化。而第三节电势差与电场强度的关系则是从力学和能量两个方面通过电场力做功对能量的转化角度使两者之间建立起密切的联系。从内容上看，前三节知识衔接紧密，逻辑条理清晰。可以将这三部分内容作为一个模块进行大单元教学，从而使学生建立起对电场的能的性质的整体认识。 在学习本章知识之前，学生已经对重力做功的特点以及从力的角度描述静电场有了初步的掌握。在以往的学习中，学生接触过类比法，能通过对相似知识点的对比分析得出结论。但由于静电场部分的知识——特别是从能量的角度加以描述比较抽象，学生在充分理解相关内容的过程中仍必然存在一定的困难，需要教师结合学生的分析进行由浅入深的引导。 二、学习目标： 1.物理观念：通过理解电势能、电势、电势差及其与电场强度的关系建立起关于电场的整体能量观。 2.科学思维：通过类比推理深刻理解电场力做功的特点及电势差的概念。借助比值定义法理解电势的概念。 3.科学探究：能沿着“功是能量转化的量度”这一思路，通过理论推导，探究静电力做功的特点，并在此基础上逻辑推演出“电势能”、“电势”、“电势差”的概念及电势差与电场强度的关系。能按照从特殊到一般的方法逐步建立起对电场的能的普遍认识。 4.科学态度与责任：形成严谨求真的逻辑推理习惯和态度 三、学习重点、难点 1.学习重点：建立电势能、电势、电势差的概念，会推导电势差与电场强度的关系。 2.学习难点：能准确理解电势的概念及其与电势能的区别和联系。理解等势面与电场线垂直的深刻原因。能理解电势能、电势的相对性及电势差的绝对性。
教 学 过 程
合 作 探 究 交 流 展 示 一、创设情境、导入新课 如图，一个正电荷q在匀强电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做功WAB。 问题一：静电力做正功还是做负功？ 学生：根据恒力做功定义式W=FScosθ知，电场力做正功，即WAB>0。 问题二：电荷的动能如何变化？ 学生：根据动能定理知，WAB=EKB EKA，即电荷的动能增大了WAB。 问题三：根据能量守恒定律，动能增大意味着什么？ 学生：根据能量守恒定律知，一种形式的能量增大，意味着另一种形式的能量在减少。 备 注
启 思 促 联 精 讲 点 拨 二、问题导引、讲授新课 我们把这种电荷在电场中具有的能量叫做电势能，用Ep表示，单位焦耳（J），是标量。这也就是说电场力对电荷做的功等于电荷电势能的减少量，即WAB=EPA EPB。 问题一：而且由此可以看出，当电场力对电荷做正功时，即WAB>0，此时EPA>EPB，表示电荷的电势能减小；同理，当电场力对电荷做负功时，电荷的电势能增大，这个结论与我们之前学过的哪种形式的能量相似？相关内容是什么？ 学生：重力势能，重力对物体做的功等于重力势能的减少量，当重力对物体做正功时，物体的重力势能减小；当重力对物体做负功时，物体的重力势能增大。而且重力做功与物体的始、末位置有关，而与具体路径无关。 问题二：电场力做功也有类似特点吗？ 创设情境一：如图，将正的检验电荷q从A沿直线移至B，求电场力的功。 学生：由恒力做功公式，W＝F·|AB|cosθ＝qE·|AM| 创设情境二：如图，将正的检验电荷q从A沿折线AMB移至B，求电场力的功。 学生：对AM：W1＝qE·|AM|；对MB：W2＝0；对全程：W＝W1+W2＝qE·|AM| 创设情境三：如图，将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力的功。 学生：采用微元法，W1＝qE·x1；W2＝qE·x2；W3＝qE·x3；W＝W1＋W2＋W3＋…＝qE（x1+x2+x3+…）＝qE·|AM| 创设情境四：如图，将+q沿任意曲线由A移到B，求电场力的功。 学生：W＝qE·|AM| 问题一：对比以上电场力做功的情况，我们可以发现什么规律呢？ 学生：在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的始、末位置有关，而与电荷经过的路径无关。 问题二：如果是负的检验电荷呢？ 学生：WAB＝ qElcosθ。上述结论同样成立。 问题三：在非匀强电场中，这一规律同样成立吗？ 学生：可以采用微元法，将电场区域分割为极小单元，每个单元内的电场可近似为匀强电场。故在非匀强电场中，上述规律同样成立。也就是说在任意电场中，静电力做的功与电荷的始、末位置有关，而与电荷经过的路径无关。 问题四：由前述结论可知，在电场中移动电荷时，电场力对电荷做的功等于电荷电势能的减少量（WAB=EPA EPB），那怎么确定电荷在电场中某点处的电势能？ 学生：类比于重力势能，我们可以先选取电荷在某一点的电势能为零。如规定电荷在B点电势能为零，即EPB=0，此时有WAB=EPA，即电荷在某点的电势能等于将该电荷从该点移到电势能零点的过程中电场力做的功。 教师补充说明：由此可以看出，和重力势能相似，电势能也具有相对性。又因为电场力做的功与电荷的始、末位置有关，而与具体路径无关。所以电荷在电场中某点的电势能与该点和电势能零点的相对位置有关。而物体因位置、状态或与其他物体之间的相互作用而具有的能量叫势能，因此电势能名副其实。 问题：电荷在电场中除了与相对位置有关外，还与那些因素有关系？ 创设情境：以匀强电场为例，如图所示，如果假设电荷在B点的电势能为零，那么正的检验电荷q在A点的电势能是多少？如果是负的检验电荷呢？ 学生：由上述结论，如果是正电荷，EPA=WAB=qEL；如果是负电荷，EPA=WAB= qEL。由此可见，电荷在某点的电势能与电场本身的性质E及该点与电势能零点的相对位置L有关外，还与该电荷本身的电荷量q有关。而且电荷在某点的电势能与该电荷量成正比。 问题：很显然，上述关系对于其他任意电场均成立。那是否存在某一个物理量，只与该电场本身的能的性质有关，而与试探电荷的电荷量无关？ 学生：由上述分析，我们发现，试探电荷在某点的电势能与其自身电荷量的比值仅与该电场本身的性质有关，而与该电荷本身无关。 教师总结：所以我们可以仿照电场强度的定义，利用比值定义法，将电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫作电场在这一点的电势，单位伏特（V），是标量，用来表示电场在这一点的能的性质。如果用φ表示电势，很显然，我们有。 问题一：根据WAB=EPA EPB，如果两边同时除以电荷量q，会得到什么结果？ 学生：根据上述结论，，也就是将试探电荷q由电场中某点移到另一点的过程中，电场力对该电荷做的功与其电荷量的比值，等于这两点电势的差。 教师总结：我们把电场中两点间电势的差值叫做这两点的电势差，用U表示。即。 问题一：如何确定某一点的电势大小？ 学生：可以按照之前的方法，先假定B点电势为0，即φB=0，此时，电场中某点的电势就等于将试探电荷电荷从该点移到电势零点的过程中电场力做的功与其电荷量的比值。 教师总结：由此可见，电势也具有相对性。 问题二：如何比较电场中某两点的电势高低？ 创设情境一：以匀强电场为例，如图所示，如果将正的试探电荷q从A点移到B点，电场力做正功还是负功，是多少？按照公式，计算两点之间的电势差，判断电势高低。 学生：WAB=qEL，电场力做正功，即WAB>0，又q>0，所以=EL>0，即φA>φB。 问题：如果是负的试探电荷 q呢？ 学生：此时WAB= qEL<0， q<0，=EL>0，仍然有φA>φB。 创设情境二：如图所示，按照之前的方法，计算A、B两点之间的电势差。 学生：假设将正的试探电荷q从A点移到B点，电场力做功WAB＝qE·|AM|， 教师总结：由此可见：一、虽然电势具有相对性，但电场中两点之间的电势差是定值，只取决于电场本身的性质。二、沿着点电场线电势降低。三、在匀强电场中，两点之间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线距离的乘积。 问题一：电场中，如果两点电势相等，我们把这两点叫做等势点。而把所有电势相等的点构成的面就叫做等势面。根据相关公式，等势点有什么特点？等势面呢？ 学生：假设A、B两点的电势相等，即φA=φB，所以=0，由此可得WAB=0。也就是说，在两等势点之间移动电荷时电场力做功为零。又因为等势面上任意两点之间的电势差为零，所以在等势面上任意两点之间移动电荷，电场力均不做功。 问题二：什么情况下，力对物体不做功？电场力沿哪个方向？ 学生：当力与物体的位移或运动方向垂直时，该力对物体不做功。正电荷受力沿场强方向，即沿电场线的切线方向；负电荷受力沿场强的反方向。 问题三：如何绘制等势面？ 学生：根据以上分析，等势面与电场线方向垂直。 师生活动：分别绘制独立点电荷、等量同种点电荷、等量异种点电荷、匀强电场的等势面并分析其特点。 问题一：如果两个相邻等势面间的电势差相等，这样的等势面叫做等差等势面。仔细观察上述图像，发现有什么规律？ 学生：电场线密集的地方，等势面也密集，而匀强电场的电场线均匀分布，等差等势面的分布也是均匀的。 问题二：用之前得出的结论，你能解释这种现象吗？ 学生：根据分析，在匀强电场中，两点之间的电势差等于电场强度与这两点沿电场线距离的乘积。即U=E·d，当U相等时，E越大，d越小，即电场线越密集（场强越大），等差等势面也越密集（d越小）。而当E大小不变时，d也保持不变，即匀强电场的等势面均匀分布。
备 注
检 测 巩 固 归 纳 提 升 如图所示，在水平向右的匀强电场中，有A、B、C三点。已知电场强度E =2×103 N/C ，A、B两点沿电场线方向相距d1=0.2 m，B、C两点垂直电场线方向相距 d2= 0.1m，将一个电荷量q=－5 ×104C的点电荷从A点移到B点，电场力做功WAB= 0.2 J。求： 1. A、B两点间的电势差UAB； 2. A点的电势φA（以B点为零电势点）； 3. B、C两点间的电势差UBC及点电荷在C点的电势能 EpC； 4. 若将该点电荷从C点移到A点，电场力做功 WCA为多少？ 备 注
布 置 作 业 指 导 预 习 课本P30页第1、2、3；P34页1、2、3；P37页第2题 备 注
课 后 反 思 本节课采用大单元教学形式，将电场的能量部分进行整合梳理，逻辑性强，内容紧凑，具有连贯性。使学生能够对该部分内容整体把握，形成完整的知识体系及逻辑结构。采用创设情境和问题链使学生融会贯通，思维连续，在循序渐进中提升学生的物理思维能力。
备课组周检查： 年级组月检查： 学校学段检查：
传承创新发展 镕铸品质瑞泉

展开更多......

收起↑