14-電勢(shì)能與電勢(shì)

1、1.4電勢(shì)能與電勢(shì)【教材分析】本節(jié)內(nèi)容為物理選修3-1中第一章靜電場(chǎng)中第四節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，它處在電場(chǎng)強(qiáng)度之后，位于電勢(shì)差之前，起到承上啟下的作用。它是課程教學(xué)中利用物理思維方法較多的一堂課，尤其是用類比的方法達(dá)到對(duì)新知識(shí)的探究，同時(shí)讓學(xué)生就具體的物理知識(shí)遷移埋下思維鋪墊。教材從電場(chǎng)對(duì)電荷做功的角度出發(fā)，推知在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功與移動(dòng)電荷的路徑無(wú)關(guān)。進(jìn)而指出這個(gè)結(jié)論對(duì)非勻強(qiáng)電場(chǎng)也是適用的，并與重力勢(shì)能類比，說(shuō)明電荷在電場(chǎng)中也是具有電勢(shì)能。電場(chǎng)力做功的過(guò)程就是電勢(shì)能的變化量，而不能決定電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢(shì)能零點(diǎn)。對(duì)學(xué)生能力的提高和對(duì)知識(shí)的遷移、靈活運(yùn)用給予了思維上的指

2、導(dǎo)作用?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1.知識(shí)與技能-理解靜電力做功的特點(diǎn)、電勢(shì)能的概念、電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系。-理解電勢(shì)的概念，知道電勢(shì)是描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量。-明確電勢(shì)能、電勢(shì)、靜電力的功、電勢(shì)能的關(guān)系。-了解電勢(shì)與電場(chǎng)線的關(guān)系，了解等勢(shì)面的意義及與電場(chǎng)線的關(guān)系。2. 過(guò)程與方法通過(guò)與前面知識(shí)的結(jié)合，理解電勢(shì)能與靜電力做的功的關(guān)系，從而更好的了解電勢(shì)能和電勢(shì)的概念。培養(yǎng)對(duì)知識(shí)的類比能力，以及對(duì)問(wèn)題的分析、推理能力。-通過(guò)學(xué)生的理論探究，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生利用物理語(yǔ)言分析、思考、描述概念和規(guī)律的能力。3. 情感、態(tài)度與價(jià)值觀-嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)、生活相關(guān)

3、的實(shí)際問(wèn)題，增強(qiáng)科學(xué)探究的價(jià)值觀。利用知識(shí)類比和遷移激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)和對(duì)科學(xué)的求知欲。利用等勢(shì)面圖象的對(duì)稱美，形態(tài)美以獲得美的享受、美的愉悅，自己畫圖，在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)提高對(duì)美的感受力和鑒別力。-在研究問(wèn)題時(shí)，要培養(yǎng)突出主要矛盾，忽略次要因素的思維方法。【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】-理解掌握電勢(shì)能、電勢(shì)、等勢(shì)面的概念及意義。2.難點(diǎn)-掌握電勢(shì)能與做功的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問(wèn)題。【教學(xué)課時(shí)】2課時(shí)【實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備】掛圖【教學(xué)方法】理論、類比探究、分析歸納、討論分析、應(yīng)用舉例、體驗(yàn)探究【教學(xué)過(guò)程】復(fù)習(xí)前面相關(guān)知識(shí)。1.靜電力，電場(chǎng)強(qiáng)度概念，指出前面我們從力的性質(zhì)研究電場(chǎng)，從本節(jié)起將從能

4、量的角度研究電場(chǎng)。2. 復(fù)習(xí)功和能量的關(guān)系：如圖所示從靜電場(chǎng)中靜電力做功使試探電荷獲得動(dòng)能入手，提出問(wèn)題:是什么轉(zhuǎn)化為試探電荷的動(dòng)能？輜B:E引入新課。第四節(jié)、電勢(shì)能和電勢(shì)一、靜電力做功的特點(diǎn)讓試探電荷q在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿幾條不同路徑從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，我們來(lái)計(jì)算這幾種情況下靜電力對(duì)電荷所做的功。=W+W+W+W=F|AB|=qE|AB|W=F|AB|cos0=qE|AB|其中F=qE|AM|分析三種情況下的做功的數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合具體的問(wèn)題情景，從中找到共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，聯(lián)系前面所學(xué)的知識(shí)，歸納得出相關(guān)的物理知識(shí)。從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和知識(shí)結(jié)論。結(jié)論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點(diǎn)位置有關(guān)，

5、與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。拓展：該特點(diǎn)對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)中也是成立的。二、電勢(shì)能尋找類比點(diǎn)：力做功只與物體位置有關(guān)，而與運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)的事例在物理中有哪些呢？屬于什么能？（移動(dòng)物體時(shí)重力做的功與路徑無(wú)關(guān)同一物體在地面附近的同一位置才具有確定的重力勢(shì)能。）思考：靜電力做功也與路徑無(wú)關(guān)，是否隸屬勢(shì)能？我們可以給它一個(gè)物理名稱嗎？1.電勢(shì)能：由于移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與移動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能我們叫做電勢(shì)能。電勢(shì)能用Ep表示?！舅伎寂c討論】如果做功與路徑有關(guān)，那能否建立電勢(shì)能的概念呢？討論：靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系"咬、兩者進(jìn)行類比，查'/-U/1找相同和不同之處f

6、卻體在ifi面近下降時(shí)，重力對(duì)物體做正功祥電力強(qiáng)正功#電勢(shì)彩減少重力勢(shì)能誠(chéng)少；重力窗魚功,重力勢(shì)能摘珈.奇電力做賣功，電勇根增加通過(guò)知識(shí)的類比，讓學(xué)生能從中感受到新知識(shí)的得出也可以通過(guò)已有獲取。靜電力做的功等于電勢(shì)能的變化。功是能量變化的量度。電場(chǎng)力做多少功，電勢(shì)能就變化多少，在只受電場(chǎng)力作用下，電勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，而他們總量保持不變。Wab=(EpbEpa)=EpaEp【思考討論】對(duì)不同的電荷從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，電勢(shì)能的變化情況:正電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做正功，即有WA0,則Epa丘b,電勢(shì)能減少。正電荷順著電場(chǎng)線的方向其電勢(shì)能逐漸減少。負(fù)電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做正功，即有WAb0,則Epa丘b,電

7、勢(shì)能增加。EPB電勢(shì)能增加。p負(fù)電荷順著電場(chǎng)線的方向其電勢(shì)能逐漸降低。對(duì)此分析得出：電勢(shì)能為系統(tǒng)所有，與重力勢(shì)能相類似。2. 求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢(shì)能問(wèn)題討論：在上面討論的問(wèn)題中，請(qǐng)分析求出A點(diǎn)的電勢(shì)能為多少？學(xué)生思考后無(wú)法直接求出，不妨就此激勵(lì)學(xué)生，并提出類比方法。類比分析：如何求出A點(diǎn)的重力勢(shì)能呢？進(jìn)而聯(lián)系到電勢(shì)能的求法。則EpA=Wb（以B為電勢(shì)能零點(diǎn)）電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于靜電力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能位置撕所做的功。零勢(shì)能面的選擇通常把電荷離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢(shì)能規(guī)定為零。正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中負(fù)點(diǎn)電荷的電坊中E無(wú)限遠(yuǎn)正電荷在電場(chǎng)中，其Ep始裳為正

8、正電荷在理場(chǎng)中，具Ep始終為負(fù)負(fù)電荷在電場(chǎng)中，具Ep始終為發(fā)負(fù)電荷在電場(chǎng)中，其終為正拓展：求電荷在電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)具有的電勢(shì)能高低。將電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，根據(jù)靜電力做功情況判斷。若靜電力做功為正功，電勢(shì)能減少，電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能大于在B點(diǎn)的電勢(shì)能。反之靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能小于在B點(diǎn)的電勢(shì)能弄清正、負(fù)電荷在電場(chǎng)中電勢(shì)能的不同特點(diǎn)，判斷其做功特點(diǎn)再進(jìn)行判斷。通過(guò)對(duì)不同內(nèi)容的拓展，引導(dǎo)學(xué)生能通過(guò)自己對(duì)不同事例的分析，知道對(duì)問(wèn)題考慮的全面性有所了解，同時(shí)能正確認(rèn)識(shí)到在分析問(wèn)題時(shí)還應(yīng)該思考問(wèn)題的不同側(cè)面，達(dá)到對(duì)問(wèn)題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散能力，達(dá)到對(duì)物理學(xué)習(xí)全面化的探究要求

9、。三、電勢(shì)我們通過(guò)靜電力的研究認(rèn)識(shí)了電場(chǎng)強(qiáng)度，現(xiàn)在要通過(guò)電勢(shì)能的研究來(lái)認(rèn)識(shí)另一個(gè)物理量電勢(shì)。它同樣是表征電場(chǎng)性質(zhì)的重要物理量度。A1iIi1-推廣A©-§QFfIJ<PfftrffE-QEIab.招同；不同；n虬2相1司；Eg不同=Q通過(guò)類比可見(jiàn)，若用左圖中的Ep/m,或右圖中的Ep/q,它們的值是相同的。如何來(lái)表征這個(gè)相同的量呢？讓學(xué)生很快能想到用比值定義法來(lái)定義物理量，對(duì)知識(shí)活學(xué)活用。上面討論的是特殊情況，下面我們來(lái)討論一般情況：（如圖）Epa=qE場(chǎng)Lcos0可見(jiàn)，Epa與q成正比，即電勢(shì)能跟電荷量的比值EpA/q都是相同的。對(duì)電場(chǎng)中不同位置，由于L與?？梢圆煌?/p>

10、，所以這個(gè)比值一般是不同的。電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值，是由電場(chǎng)中這點(diǎn)的位置決定的，跟試探電荷本身無(wú)關(guān)。得出結(jié)論后，引導(dǎo)學(xué)生類比電場(chǎng)的得來(lái)過(guò)程，提出新的物理量電勢(shì)。1. 定義：電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與他的電荷量的比值，叫做這一點(diǎn)的電勢(shì)。用4表示。表達(dá)式：4=Ep/q（與試探電荷無(wú)關(guān)）2. 電勢(shì)是標(biāo)量，它只有大小沒(méi)有方向，但有正負(fù)。3.單位：伏特（V）1V=1J/C物理意義：電荷量為1C的電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能是1J,則該點(diǎn)的電勢(shì)就是IV。以上結(jié)論由學(xué)生得出，自己能用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的描敘，培養(yǎng)相關(guān)應(yīng)用歸納知識(shí)的能力。思索：如何來(lái)判斷電勢(shì)的高低呢？讓學(xué)生明白：根據(jù)靜電力做功的正

11、負(fù)，判斷電勢(shì)能的變化，進(jìn)而判定電勢(shì)的高低?，F(xiàn)通過(guò)具體情景來(lái)進(jìn)行分析。,.A缶B£正電荷電崟能喉著電場(chǎng)繡方向逐漸瘴少，財(cái)電葵逐漸降低4. 電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向。電勢(shì)順線降低；順著電場(chǎng)線方向，電勢(shì)越來(lái)越低。與電勢(shì)能相似，我們知道巳有零勢(shì)能面，因此電勢(shì)也具有相對(duì)性。引導(dǎo)學(xué)生得出：應(yīng)該先規(guī)定電場(chǎng)中某處的電勢(shì)為零，然后才能確定電場(chǎng)中其他各點(diǎn)的電勢(shì)。5. 零電勢(shì)位置的規(guī)定：電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)的數(shù)值與零電勢(shì)的選擇有關(guān)，即電勢(shì)的數(shù)值決定于零電勢(shì)的選擇。因此電勢(shì)有正負(fù)之分，是由于其零電勢(shì)的選擇決定。通常以大地或無(wú)窮遠(yuǎn)默認(rèn)為零。與零電勢(shì)能的位置規(guī)定是否有相似之處呢？與知識(shí)進(jìn)行類比，從前面的結(jié)論中領(lǐng)會(huì)

12、到知識(shí)的相通性，能對(duì)知識(shí)進(jìn)行類比應(yīng)用?！舅伎寂c討論】參看書上的問(wèn)題進(jìn)行思考與討論，然后思考若是q當(dāng)做負(fù)電荷來(lái)進(jìn)行研究，其結(jié)果是否一樣呢？F°*°£無(wú)限遠(yuǎn)E無(wú)限遠(yuǎn)在恤的電場(chǎng)中，電勢(shì)都為正值：在T的電場(chǎng)中，電冀都為負(fù)值；離尷越近電勢(shì)越高高7越近電勢(shì)越低四、等勢(shì)面在地理課上常用等高線來(lái)表示地勢(shì)的高低。今天我們學(xué)習(xí)了電勢(shì)的知識(shí)后，那我們可以用什么來(lái)表示電勢(shì)的高低呢？學(xué)生：在電場(chǎng)中常用等勢(shì)面來(lái)表示電勢(shì)的高低。1. 等勢(shì)面：電場(chǎng)中電勢(shì)相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面。【體驗(yàn)性實(shí)踐】尋找等勢(shì)面：找正點(diǎn)電荷和帶電平行金屬板中的等勢(shì)面。點(diǎn)電折那警腰伸址胞荷的平行板.氐*1聃搟伴通過(guò)體驗(yàn)性實(shí)踐活動(dòng)

13、，讓學(xué)生明白到如何去尋找等勢(shì)面，達(dá)到對(duì)后續(xù)結(jié)論探究創(chuàng)設(shè)前置氛圍。觀看掛圖，從中尋找不同電場(chǎng)中等勢(shì)面的不同和相同點(diǎn)，進(jìn)行合理猜想。2. 等勢(shì)面與電場(chǎng)線的關(guān)系在同一等勢(shì)面上各點(diǎn)電勢(shì)相等，所以在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷，靜電力不做功。Wab=EpAEPb=q（）aq（j）B=0討論：什么情況下會(huì)出現(xiàn)力做功為零的情況？引導(dǎo)分析得出：F±v電場(chǎng)線跟等勢(shì)面一定垂直，即跟電場(chǎng)強(qiáng)度的方向垂直。引導(dǎo)學(xué)生用反證法達(dá)到證明的目的，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用。而沿著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)越來(lái)越低。歸納總結(jié)可得出：電場(chǎng)線跟等勢(shì)面垂直，并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。若兩個(gè)相鄰的等勢(shì)面間的電勢(shì)之差是相等的，則能得到書上

14、圖1.4-5的圖形。觀看圖形或掛圖，結(jié)合電場(chǎng)線的特點(diǎn)，可得出結(jié)論。等勢(shì)面越密，電場(chǎng)強(qiáng)度越大。等勢(shì)面不相交、不相切。3. 應(yīng)用等勢(shì)面：由等勢(shì)面描繪電場(chǎng)線方法：先測(cè)繪出等勢(shì)面的形狀和分布，再根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面的關(guān)系，繪出電場(chǎng)線的分布，于是我們就知道電場(chǎng)的情況了?！倔w驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)】測(cè)繪兩個(gè)異種點(diǎn)電荷的靜電場(chǎng)分布。加強(qiáng)體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，讓學(xué)生形成深刻印象，達(dá)到對(duì)知識(shí)應(yīng)用能力的提高。【板書設(shè)計(jì)】1.4電勢(shì)能和電勢(shì)一、靜電力做功的特點(diǎn)結(jié)論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點(diǎn)位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。二、電勢(shì)能1.電勢(shì)能：由于移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與移動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能我們叫做電勢(shì)能。電勢(shì)能用Ep表示。2. 討論：靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系WAB=(EpBEpA)=EpAEpb求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢(shì)能零勢(shì)能面的選擇三、電勢(shì)1.定義：4=Ep/q電勢(shì)是標(biāo)量，它只有大小沒(méi)有方向，但有正負(fù)。