电势能和电势教案

电势能和电势教案 精品文档 电势能和电势教案 本节内容为物理选修3,1中第一章静电场中第四节的教学内容，它处在电场强度之后，位于电势差之前，起到承上启下的作用。它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法达到对新知识的探究，同时让学生就具体的物理知识迁移埋下思维铺垫。 教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。进而指出这个结论对非匀强电场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。电场力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。 1(知识与技能 ?理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。 ?理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。 ?明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。 ?了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与 1 / 17 精品文档 电场线的关系。 2(过程与方法 ?通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。 ?培养对知识的类比能力，以及对问的分析、推理能力。 ?通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。培养学生利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。 3(情感、态度与价值观 ?尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产、生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。 ?利用等势面图象的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。 ?在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。 1(重点 ?理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。 2 / 17 精品文档 2(难点 ?掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。 课时 挂图 理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、体验探究 复习前面相关知识。 1(静电力，电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。 2(复习功和能量的关系:如图所示从静电场中静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题:是什么转化为试探电荷的动能, 引入新课。 第四节、电势能和电势 一、静电力做功的特点 让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A点运动到B点，我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。 W,F|AB|,qE|AB|W,F|AB|cosθ,qE|AB|W,W1+W2+W3+?? 3 / 17 精品文档 其中F,qE|AM| 分析三种情况下的做功的数据结果，结合具体的问题情景，从中找到共同点和不同点，联系前面所学的知识，归纳得出相关的物理知识。从中发现问题和知识结论。 结论:静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。 拓展:该特点对于非匀强电场中也是成立的。 二、电势能 寻找类比点:力做功只与物体位置有关，而与运动路径无关的事例在物理中有哪些呢,属于什么能, 思考:静电力做功也与路径无关，是否隶属势能,我们可以给它一个物理名称吗, 1(电势能:由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做电势能。电势能用Ep示。 如果做功与路径有关，那能否建立电势能的概念呢, 2(讨论:静电力做功与电势能变化的关系 通过知识的类比，让学生能从中感受到新知识的得出也可以通过已有获取。 静电力做的功等于电势能的变化。 功是能量变化的量度。 4 / 17 精品文档 电场力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而他们总量保持不变。 WAB,,,EpA,EP 对不同的电荷从A运动到B的过程中，电势能的变化情况: 正电荷从A运动到B做正功，即有WAB>0，则EpA>EpB，电势能减少。 ?正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。 负电荷从A运动到B做正功，即有WABEpB，电势能增加。 ?负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。 对此分析得出:电势能为系统所有，与重力势能相类似。 3(求电荷在某点处具有的电势能 问题讨论:在上面讨论的问题中，请分析求出A点的电势能为多少, 学生思考后无法直接求出，不妨就此激励学生，并提出类比方法。 类比分析:如何求出A点的重力势能呢,进而联系到电势能的求法。 则 EpA,WAB 电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置撕所做的功。 5 / 17 精品文档 4(零势能面的选择 通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。 拓展:求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低。 将电荷由A点移动到B点，根据静电力做功情况判断。 若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在A点电势能大于在B点的电势能。反之静电力做负功，电势能增加，电荷在A点电势能小于在B点的电势能 弄清正、负电荷在电场中电势能的不同特点，判断其做功特点再进行判断。 通过对不同内容的拓展，引导学生能通过自己对不同事例的分析，知道对问题考虑的全面性有所了解，同时能正确认识到在分析问题时还应该思考问题的不同侧面，达到对问题的全面解决。提高思维的深度和发散能力，达到对物理学习全面化的探究要求。 三、电势 我们通过静电力的研究认识了电场强度，现在要通过电势能的研究来认识另一个物理量??电势。它同样是表征电场性质的重要物理量度。 通过类比可见，若用左图中的Ep/m，或右图中的Ep/q，它们的值是相同的。 如何来表征这个相同的量呢, 6 / 17 精品文档 让学生很快能想到用比值定义法来定义物理量，对知识活学活用。 上面讨论的是特殊情况，下面我们来讨论一般情况: EpA,qE场Lcosθ 可见，EpA与q成正比，即电势能跟电荷量的比值EpA/q都是相同的。对电场中不同位置，由于L与θ可以不同，所以这个比值一般是不同的。 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，是由电场中这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关。 得出结论后，引导学生类比电场的得来过程，提出新的物理量??电势。 1(定义:电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用φ表示。 表达式:φ,Ep/q 2(电势是标量，它只有大小没有方向，但有正负。 电势能和电势 整体 教学分析 电势能、电势是电磁学开篇章节静电场中的重点内容，它从能量的角度反映了电场的性质。对它的研究为以后学习电功、电动势、电磁能奠定了知识基础。本部分内容尤其与日常生活和生产、科学尖端技术的应用与研究有着密切的关系，因而学好这部分知识有着广泛的实用价 7 / 17 精品文档 值。 它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法认识新知识，同时为具体的物理知识迁移作好思维铺垫。教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。进而指出这个结论对非匀强电场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。电场力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。 教学目标 1(通过讨论静电力对试探电荷做功，知道静电力做功与路径无关的特点。 2(将静电力做功与重力做功进行类比，理解静电力做功与电势能变化的关系。认识电势能的相对性。 3(知道电势的定义方法及其定义公式、单位。 4(知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面。 教学重点难点 1(理解电势能、电势、等势面的概念及意义。 2(掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。 教学方法与手段 本节课突出类比法的思维特征和思维过程，适当强调 8 / 17 精品文档 类比过程中的求证环节。 课前准备 教学媒体:多媒体、挂图。 知识准备:复习电场强度、电场线知识、重力做功及与重力势能的关系。 教学过程 导入新课 [事件1] 教学任务:创设情景，导入新课 师生活动: [方法介绍]类比法是根据两个对象之间在某方面的相同或相似，而推出他们在其他方面也可能相同或相似的逻辑推理方法。具体说来，A事物具有属性a、b、c，又具有属性d。如果B事物具有属性a、b、c，那么，B事物也可能具有属性d。是否真是这样，需要得到实验的验证。 展示表格 [引入新课] 可见，静电场与重力场有某些特征是相似的。根据两者的相似性，我们是否可以大胆的推测静电场的其他性质,下面我们进一步讨论这一问题。 推进新课[事件2] 教学任务:归纳电场力做功特点 师生活动:属性c:在重力场中，重力做功与路径无关，静电力做功也与路径无关吗, [求证]让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A点运动到B点，我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。 9 / 17 精品文档 W,F|AB|,qE|AB| W,F|AB|cosθ,qE|AM| W,W1，W2，W3，?,qE|AM| 分析三种情况下的做功的数据结果，结合具体的问题情景，从中找到共同点和不同点，联系前面所学的知识，归纳得出相关的物理知识。从中发现问题和知识结论。 结论:静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。 拓展:该特点对于非匀强电场中也是成立的。 [事件3] 教学任务:电势能 师生活动: 属性d:移动物体时重力做的功与路径无关，同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能。静电力做功也与路径无关，是否隶属势能,我们可以给它一个物理名称吗, [求证]在重力场中由静止释放质点，质点一定加速运动，动能增加，势能减少;如图所示，在静电场中，静电力做功使试探电荷获得动能，是什么转化为试探电荷的动能, 属性e:重力做的正功等于减少的重力势能，克服重力做的功等于增加的重力势能，用公式表示为WAB,EpA,EpB,,ΔEp。那么静电力做的正功也等于减少的电势能吗,克服静电力做的功也等于增加的电势能吗,用公式表示也是WAB,EpA,EpB,,ΔEp吗, 根据动能定理，WAB,EkB,EkA,ΔEk。因为，根据 10 / 17 精品文档 能量守恒增加的动能等于减少的电势能，EkB,EkA,EpA,EpB，所以WAB,EpA,EpB,,ΔEp。 属性f:重力势能具有相对性，电势能也具有相对性吗, [求证]通过计算静电力做的功只能确定电势能的变化量，只有把电场中的某点的电势能 规定为零，才能确定电荷在电场中其他点的电势能的数值。可见电势能的确有相对性。 属性g:质点在某点的重力势能等于把它从该点移动到零势能处的过程中重力做的功，电荷在某点的电势能也等于把它从该点移动到零势能处的过程中静电力做的功吗, [求证]如果规定B点的电势能为零，根据WAB,EpA,EpB，可知WAB,EpA，所以电荷在某点的电势能也等于静电力把它从该点移动到零势能处所做的功。 属性h:重力势能属于物体与重力场组成的系统，电势能也属于电荷与静电场组成的系统吗, [求证]如果只有试探电荷而不存在电场，就不存在静电力的作用，试探电荷也不可能有电势能;如果只有电场而没有试探电荷，也不存在静电力作用，也就不存在电势能。只有在试探电荷处于电场中时，讨论与静电力做功紧密联系的电势能才有意义。所以，电势能属于电荷与电场组成的系统。 11 / 17 精品文档 思考与讨论: 1(如果电荷沿不同路径移动时静电力做功不一样，还能建立电势能的概念吗,为什么, 电势能的大小是由电荷与电场的相对位置决定的，同一电荷在电场中同一点的电势能应该有确定的值。我们不妨假设，电荷从电势能为0处沿不同路径移动到电场中的另一点P。如果静电力做的功不同，那么同一电荷在同一点P的“电势能”就不同，这样P点的“电势能”就没有确定值，就不能建立电势能的概念。 2(物体在重力场中重力做功，与电荷在电场中移动时静电力做功虽然相似，但还存在差异。能具体说一说这种差异吗, 在重力场中移动的质点的质量都是正值，在重力场中确定的两点间移动等质量的质点，重力做功一定相等，重力势能的变化量一定相等;在电场中移动的电荷可正、可负，在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的电荷，静电力做的功绝对值相等，电势能的变化量也有正、负两个可能值。 3(若取无穷远为零势能面，在场源电荷为正点电荷的电场中，正电荷的电势能一定大 于负电荷的电势能吗,在场源电荷为负点电荷的电场中呢, 巩固训练: 1(关于在电场中移动电荷与电势能的关系，下列说 12 / 17 精品文档 法中正确的是 A(电荷沿电场线方向移动，电势能一定增加 B(电荷沿电场力方向移动，电势能一定增加 C(电荷逆电场力方向移动，电势能一定增加 D(电荷沿垂直于电场线方向移动，电势能一定不变 答案:CD , 2(有一电荷量q,,3×10C的电荷，从电场中的A点移到B点时，克服静电力做 , 功6×10J。求: ?电荷的电势能怎样变化,变化了多少, ?以B为零势能点，电荷在A点的电势能EpA是多少, , ?如果把这一电荷从B点移到C点时静电力做功9×10J，电荷的电势能怎样变化,变化了多少, ?如果选取C点为零势能点，则电荷在A点的电势能EpA′又是多少, ?通过这一例题你有什么收获, ,, 解析:?静电力做功WAB,,6×10J，电势能增加了6×10J。 , ?以B为零势能点，电荷在A点的电势能是,6×10J。 13 / 17 精品文档 ,, ?WBC,9×10J，电荷的电势能减少了9×10J。 , ?以C点为零势能点，则电荷在A点的电势能EpA′,WAC,WAB，WBC,3×10J。 ?取不同的零势能点，同一电荷在电场中同一点的电势能数值是不同的。 [事件4] 教学任务:电势的定义 师生活动: 1(类比下图两种情况: 通过类比可见，若用左图中的Ep/m，或右图中的Ep/q，对某一固定位置，它们的值都是固定的。 如何来表征这个相同的量呢, 2(上面讨论的是特殊情况，下面讨论一般情况: EpA,qE场Lcosθ 可见，EpA与q成正比，即电势能跟电荷量的比值EpA/q都是相同的。对电场中不同位置，由于L与θ可以不同，所以这个比值一般是不同的。 结论:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，是由电场中这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关。 得出结论后，引导学生类比电场的得来过程，提出新的物理量——电势。 定义:在电场中，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φ表示。 14 / 17 精品文档 表达式:φ,Ep/q 单位:伏特 1V,1 J/C 物理意义:描述电场的能的性质的物理量，数值上等于电荷量为1 C的正电荷在该点的电势能是1 J，则该点的电势就是1 V。 类比1:与重力 场中的h类比，帮助理解电势概念。 类比2:高度与放入场中的物体无关，电势与试探电荷也无关。 类比3:高度的选取首先要确定零参考面，电势的选取也需零参考面，通常取大地为零势面。 类比4:高度为标量，但有正负。电势也是标量，只有大小没有方向，但也有正负。 以上结论由学生得出，自己能用所学知识进行简单的描述，培养相关应用归纳知识的能力。 思考与讨论1:如何来判断电势的高低呢, 正电荷电势能顺着电场线方向逐渐减少，则电势逐渐降低 让学生明白:根据静电力做功的正负，判断电势能的变化，进而判定电势的高低。现通过具体情景来进行分析。 结论:电场线指向电势降低的方向。 思考与讨论2:参看教材上的问题进行思考与讨论， 15 / 17 精品文档 然后思考若是q当作负电荷来进行研究，其结果是否一样呢, 八.课后作业: 班级_______姓名_______________日期____________ 4(下列关于静电场的说法中正确的是 A(在点电荷形成的电场中没有电场强度相同的两点,但有电势相同的两点 B(正电荷只有在电场力的作用下,一定从高电势向低电势处运动 C(电场强度为零处,电势不一定为零,电势为零处电场强度不一定为零 D(初速度为零的正电荷在电场力的作用下不一定沿电场线运动 5(如图所示，在等量异种点电荷的电场中，将一个正的试探电荷由a 点沿直线移到o点，再沿直线由o点移到c点。在该过程中，检验电荷所受的电场力大小和方向如何改变,其电势能又如何改变, 6(如图所示，在真空中有两个等量的正电荷q1、q2，分别固定于A、B两点，DC为A、B连线的中垂线。现将一正电荷q3由C点沿CD移至无穷远，则在此过程中 A、电势能逐渐减小 B、电势能逐渐增大 C、q3受到的电场力逐渐减小D、q3受到的电场力先逐渐增大后逐渐减小 16 / 17 精品文档 17 / 17