高二物理人教版選修31 1.4電勢能和電勢教案

1、6/66/66/6電勢能和電勢重/難點(diǎn)重點(diǎn)：理解掌握電勢能、電勢、等勢面的概念及意義。難點(diǎn)：掌握電勢能與做功的關(guān)系 ,并能用此解決相關(guān)問題。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：通過對必修內(nèi)容的學(xué)習(xí) ,學(xué)生對功的計(jì)算 ,重力做功的特點(diǎn) ,重力做功與重力勢能變化的關(guān)系 ,能量守恒定律等內(nèi)容已相當(dāng)熟悉 ,具備了學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的知識前提 ,但建立起電勢能的概念對學(xué)生來說是相比照擬困難的 ,因?yàn)殡妶龅母拍钐貏e抽象 ,特別是從力與能量兩條線上同時(shí)研究電場 ,讓學(xué)生感到有點(diǎn)“力不從心 ,知識遷移及靈活運(yùn)用是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中要跨越的一個(gè)臺階。難點(diǎn)分析：教材從電場對電荷做功的角度出發(fā) ,推知在勻強(qiáng)電場中電場力做功與移動電荷的路徑

2、無關(guān)。進(jìn)而指出這個(gè)結(jié)論對非勻強(qiáng)電場也是適用的 ,并與重力勢能類比 ,說明電荷在電場中也是具有電勢能。電場力做功的過程決定電勢能的變化量 ,而不能決定電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能的數(shù)值 ,因此有必要規(guī)定電勢能零點(diǎn)。對學(xué)生能力的提高和對知識的遷移、靈活運(yùn)用給予了思維上的指導(dǎo)作用。突破策略一、靜電力做功的特點(diǎn)讓試探電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中沿幾條不同路徑從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn) ,我們來計(jì)算這幾種情況下靜電力對電荷所做的功。WF|AB|qE|AB| WF|AB|cosqE|AB| 其中FqE|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 ,歸納

3、得出相關(guān)的物理知識。從中發(fā)現(xiàn)問題和知識結(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) ,與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。拓展：該特點(diǎn)對于非勻強(qiáng)電場中也是成立的。二、電勢能尋找類比點(diǎn)：力做功只與物體位置有關(guān) ,而與運(yùn)動路徑無關(guān)的事例在物理中有哪些呢？屬于什么能？移動物體時(shí)重力做的功與路徑無關(guān)思考：靜電力做功也與路徑無關(guān) ,是否隸屬勢能？我們可以給它一個(gè)物理名稱嗎？1電勢能：由于移動電荷時(shí)靜電力做功與移動的路徑無關(guān) ,電荷在電場中也具有勢能 ,這種勢能我們叫做電勢能。電勢能用表示。【思考與討論】 如果做功與路徑有關(guān) ,那能否建立電勢能的概念呢？2討論：靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系通過知識的類比 ,

4、讓學(xué)生能從中感受到新知識的得出也可以通過已有的知識獲取。靜電力做的功等于電勢能的變化。功是能量變化的量度。電場力做多少功 ,電勢能就變化多少 ,在只受電場力作用下 ,電勢能與動能相互轉(zhuǎn)化 ,而他們總量保持不變。3求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢能問題討論：在上面討論的問題中 ,請分析求出A點(diǎn)的電勢能為多少？學(xué)生思考后無法直接求出 ,不妨就此鼓勵學(xué)生 ,并提出類比方法。類比分析：如何求出A點(diǎn)的重力勢能呢？進(jìn)而聯(lián)系到電勢能的求法。那么 以B為電勢能零點(diǎn)電荷在某點(diǎn)的電勢能 ,等于靜電力把它從該點(diǎn)移動到零勢能位置所做的功。4零勢能面的選擇通常把電荷離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢能規(guī)定為零 ,或把電荷在大地外表上的電

5、勢能規(guī)定為零。拓展：求電荷在電場中A、B兩點(diǎn)具有的電勢能上下。將電荷由A點(diǎn)移動到B點(diǎn) ,根據(jù)靜電力做功情況判斷。假設(shè)靜電力做功為正功 ,電勢能減少 ,電荷在A點(diǎn)電勢能大于在B點(diǎn)的電勢能。反之靜電力做負(fù)功 ,電勢能增加 ,電荷在A點(diǎn)電勢能小于在B點(diǎn)的電勢能。弄清正、負(fù)電荷在電場中電勢能的不同特點(diǎn) ,判斷其做功特點(diǎn)再進(jìn)行判斷。通過對不同內(nèi)容的拓展 ,引導(dǎo)學(xué)生能通過自己對不同事例的分析 ,知道對問題考慮的全面性有所了解 ,同時(shí)能正確認(rèn)識到在分析問題時(shí)還應(yīng)該思考問題的不同側(cè)面 ,到達(dá)對問題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散能力 ,到達(dá)對物理學(xué)習(xí)全面化的探究要求。三、電勢我們通過靜電力的研究認(rèn)識了電場強(qiáng)度

6、 ,現(xiàn)在要通過電勢能的研究來認(rèn)識另一個(gè)物理量電勢。它同樣是表征電場性質(zhì)的重要物理量度。通過類比可見 ,假設(shè)用左圖中的 ,或右圖中的 ,它們的值是相同的。如何來表征這個(gè)相同的量呢？讓學(xué)生很快能想到用比值定義法來定義物理量 ,對知識活學(xué)活用。上面討論的是特殊情況 ,下面我們來討論一般情況：如圖可見 ,與q成正比 ,即電勢能跟電荷量的比值都是相同的。對電場中不同位置 ,由于L與可以不同 ,所以這個(gè)比值一般是不同的。電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值 ,是由電場中這點(diǎn)的位置決定的 ,跟試探電荷本身無關(guān)。得出結(jié)論后 ,引導(dǎo)學(xué)生類比電場的得來過程 ,提出新的物理量電勢。1定義：電荷在電場中某一點(diǎn)

7、的電勢能與他的電荷量的比值 ,叫做這一點(diǎn)的電勢。用表示。 表達(dá)式： 與試探電荷無關(guān)2電勢是標(biāo)量 ,它只有大小沒有方向 ,但有正負(fù)。3單位：伏特V 1V1J/C物理意義： 電荷量為1C的電荷在該點(diǎn)的電勢能是1J ,那么該點(diǎn)的電勢就是1V。以上結(jié)論由學(xué)生得出 ,自己能用所學(xué)知識進(jìn)行簡單的描敘 ,培養(yǎng)相關(guān)應(yīng)用歸納知識的能力。三合作探究、精講點(diǎn)播思索：如何來判斷電勢的上下呢？讓學(xué)生明白：根據(jù)靜電力做功的正負(fù) ,判斷電勢能的變化 ,進(jìn)而判定電勢的上下?，F(xiàn)通過具體情景來進(jìn)行分析。4電場線指向電勢降低的方向。電勢順線降低；順著電場線方向 ,電勢越來越低。與電勢能相似 ,我們知道有零勢能面 ,因此電勢也具有相

8、對性。引導(dǎo)學(xué)生得出：應(yīng)該先規(guī)定電場中某處的電勢為零 ,然后才能確定電場中其他各點(diǎn)的電勢。5零電勢位置的規(guī)定：電場中某一點(diǎn)的電勢的數(shù)值與零電勢的選擇有關(guān) ,即電勢的數(shù)值決定于零電勢的選擇。因此電勢有正負(fù)之分 ,是由于其零電勢的選擇決定。通常以大地或無窮遠(yuǎn)默認(rèn)為零。與零重力勢能的位置規(guī)定是否有相似之處呢？與知識進(jìn)行類比 ,從前面的結(jié)論中領(lǐng)會到知識的相通性 ,能對知識進(jìn)行類比應(yīng)用。例1. 如下圖,某區(qū)域電場線左右對稱分布,M、N為對稱線上的兩點(diǎn)。以下說法正確的選項(xiàng)是()A. M點(diǎn)電勢一定高于N點(diǎn)電勢B. M點(diǎn)電場強(qiáng)度一定大于N點(diǎn)電場強(qiáng)度C. 正電荷在M點(diǎn)的電勢能大于在N點(diǎn)的電勢能D. 將電子從M點(diǎn)移

9、動到N點(diǎn),靜電力做正功解析:沿電場線方向電勢逐漸降低,M點(diǎn)電勢一定高于N點(diǎn)電勢,A對。因電場線越密的區(qū)域電場強(qiáng)度越大,由題圖可知N點(diǎn)電場強(qiáng)度大于M點(diǎn)電場強(qiáng)度,B錯(cuò)。由可知,正電荷在M點(diǎn)的電勢能大于在N點(diǎn)的電勢能,C對。電子從M點(diǎn)移到N點(diǎn)的過程中,受到的靜電力與移動方向相反,靜電力做負(fù)功,D錯(cuò)。四、等勢面在地理課上常用等高線來表示地勢的上下。今天我們學(xué)習(xí)了電勢的知識后 ,那我們可以用什么來表示電勢的上下呢？學(xué)生：在電場中常用等勢面來表示電勢的上下。1等勢面：電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面。【體驗(yàn)性實(shí)踐】尋找等勢面：找正點(diǎn)電荷和帶電平行金屬板中的等勢面。通過體驗(yàn)性實(shí)踐活動 ,讓學(xué)生明白到如何去尋找等

10、勢面 ,到達(dá)對后續(xù)結(jié)論探究創(chuàng)設(shè)前置氣氛。觀看掛圖 ,從中尋找不同電場中等勢面的不同和相同點(diǎn) ,進(jìn)行合理猜測。2等勢面與電場線的關(guān)系在同一等勢面上各點(diǎn)電勢相等 ,所以在同一等勢面上移動電荷 ,靜電力不做功。討論：什么情況下會出現(xiàn)力做功為零的情況？引導(dǎo)分析得出：Fv電場線跟等勢面一定垂直 ,即跟電場強(qiáng)度的方向垂直。引導(dǎo)學(xué)生用反證法到達(dá)證明的目的 ,加深對知識點(diǎn)的應(yīng)用。而沿著電場線的方向 ,電勢越來越低。歸納總結(jié)可得出：電場線跟等勢面垂直 ,并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。等勢面越密 ,電場強(qiáng)度越大。等勢面不相交、不相切。3應(yīng)用等勢面：由等勢面描繪電場線方法：先測繪出等勢面的形狀和分布 ,再

11、根據(jù)電場線與等勢面的關(guān)系 ,繪出電場線的分布 ,于是我們就知道電場的情況了?！倔w驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)】測繪兩個(gè)異種點(diǎn)電荷的靜電場分布。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 ,到達(dá)對知識應(yīng)用能力的提高。例2. 如下圖,虛線為某電場的等勢面,今有兩個(gè)帶電粒子(重力不計(jì)),以不同的速率,沿不同的方向,從A點(diǎn)飛入電場后,沿不同的軌跡1和2運(yùn)動,由軌跡可以斷定()A. 兩個(gè)粒子帶電荷量一定不同B. 兩個(gè)粒子的電性一定不同C. 粒子1的動能和粒子2的電勢能都是先減少后增加D. 經(jīng)過B、C兩點(diǎn),兩粒子的速度可能不等解析:由等勢線的形狀知,這是一個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場,兩個(gè)粒子與點(diǎn)電荷的作用情況是相反的,所以兩個(gè)粒子電性一定