高中物理-電場的能的性質(zhì)教學設(shè)計學情分析教材分析課后反思

一輪復(fù)習課《電場的能的性質(zhì)》教學設(shè)計電場的能的性質(zhì)教學目標：物理觀念：理解描述電場能量的概念，如電勢、電勢差、電勢能等；具有分析勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系的觀念?？茖W思維：學會推理電勢高低、電勢能大小的方法。科學態(tài)度與責任：具備分析電場中能量的科學素養(yǎng)。教學重點：電勢、電勢差、電場力的功教學難點：對基本概念的理解及應(yīng)用；電勢、電勢能、電場力做功以及相互關(guān)系。教學方法：講練結(jié)合教學過程：一、問題引入：問題①電場力做功的特點：由恒力做功公式W=FLcosα可以導(dǎo)出，電場力做功與路徑無關(guān)，只與在電場中的初末位置有關(guān)系——與重力極為相似。問題②當靜止的電荷放入電場中，它將在電場力的作用下加速運動，速度增大，動能增加，從能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律來看，一種能量的增加必定對應(yīng)一中能量的減少，既然動能增加了，哪種能量減少了？引出電勢能。問題③功是能量轉(zhuǎn)化的亮度，問題②中的轉(zhuǎn)化是通過那種力做功來實現(xiàn)的？問題④在只受電場力的情況下，動能和電勢能的轉(zhuǎn)化遵循何種規(guī)律？EP1+EK1=EP2+EK2即:EKB-EKA=EPA-EPB。根據(jù)動能定理：WAB=EPA-EPB當EPB=0時，即取B點坐在的面為零勢能面時，EPA=WAB，即電荷在電場中某點的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從這點移到電勢能為零處電場力所做的功。引出電勢能的概念。二、電勢能1．定義：因電場對電荷有作用力而產(chǎn)生的由電荷相對位置決定的能量叫電勢能。2．電勢能具有相對性，通常取無窮遠處或大地為電勢能的零點。3．電勢能大小：電荷在電場中某點的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從這點移到電勢能為零處電場力所做的功4．電場力做功是電勢能變化的量度：電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減少；電荷克服電場力做功，電荷的電勢能增加；電場力做功的多少和電勢能的變化數(shù)值相等，這是判斷電荷電勢能如何變化的最有效方法。定義電勢φ三、電勢1．電勢：電場中某點的電勢，等于單位正電荷由該點移動到參考點（零電勢點）時電場力所做的功。電勢用字母φ表示。①表達式：

單位：伏特（V），且有1V=1J/C。②意義：電場中某一點的電勢在數(shù)值等于單位電荷在那一點所具有的電勢能。③相對性：電勢是相對的，只有選擇零電勢的位置才能確定電勢的值，通常取無限遠或地球的電勢為零。④標量：只有大小，沒有方向，但有正、負之分，這里正負只表示比零電勢高還是低。⑤高低判斷：順著電場線方向電勢越來越低。教師點評：電場強度E從力的角度定義了電場的性質(zhì)，而電勢φ則從能的角度定義了電場的性質(zhì)。四、等勢面：電場中電勢相等的點構(gòu)成的面。①意義：等勢面來表示電勢的高低。②典型電場的等勢面：ⅰ勻強電場；

ⅱ點電荷電場；

ⅲ等量的異種點電荷電場；

ⅳ等量的同種點電荷電場。

③等勢面的特點：

ⅰ同一等勢面上的任意兩點間移動電荷電場力不做功；ⅱ等勢面一定跟電場線垂直；ⅲ電場線總是從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。五、電勢差1．電勢差：電荷q在電場中由一點A移動到另一點B時，電場力所做的功WAB與電荷量的q的比值。UAB

=

WAB/q注意：電勢差這個物理量與場中的試探電荷無關(guān)，它是一個只屬于電場的量。電勢差是從能量角度表征電場的一個重要物理量。2．電場力做功：在電場中AB兩點間移動電荷時，電場力做功等于電量與兩點間電勢差的乘積。

WAB

=

q?UAB

注意：

①該式適用于一切電場；

②電場力做功與路徑無關(guān)③利用上述結(jié)論計算時，均用絕對值代入，而功的正負，借助于力與移動方向間關(guān)系確定。六、電勢差與電場強度關(guān)系1．電場方向是指向電勢降低最快的方向。在勻強電場中，電勢降低是均勻的。2．勻強電場中，沿場強方向上的兩點間的電勢差等于場強和這兩點間距離的乘積。

U=E?d在勻強電場中，場強在數(shù)值上等于沿場強方向每單位距離上降低的電勢。

注意：①兩式只適用于勻強電場。②d是沿場方向上的距離《電場的能的性質(zhì)》學情分析物理現(xiàn)象一般都是從實驗或生產(chǎn)、生活中來，大多是“看得見，摸得著”的。例如摩擦力的教學，我們往往是通過水平不光滑的木板上推小車的實驗，學生就可以直接感觸到撤去推力后，小車運動的速度越來越慢直到最后靜止，在老師的引導(dǎo)下就很容易得出在粗糙的接觸面上存在摩擦力且起阻礙作用這個定性的結(jié)論。而這個物理規(guī)律在我們的生活現(xiàn)象中隨時都可以得到驗證和親身體驗，學生也不容易忘記?！峨妶龅哪艿男再|(zhì)》中，知識比較抽象，所學內(nèi)容是學生看不見摸不著的，從思維方法上，要求學生從形象思維進入抽象思維，知識內(nèi)容形式相對單調(diào)枯燥。每一章、每一節(jié)、每一個物理練習題都不是孤立存在的。對該節(jié)中的物理現(xiàn)象、規(guī)律經(jīng)常是做模型抽象、定量說明、數(shù)學化描述等，所以學生覺得難度大，不易接受和理解。在一輪復(fù)習中，更是要求學生將相關(guān)知識點進行關(guān)聯(lián)。而且，受高考的限制，教師在教學過程中都不敢大幅度降低要求。我們也應(yīng)該看到，教育改革的目的就是全面提高學生的素質(zhì)，近幾年高考內(nèi)容的改革，也體現(xiàn)了注意對學生能力和素質(zhì)的考查。除了本節(jié)課的知識內(nèi)容外，像牛頓第一定律的教學，“質(zhì)點”、“彈簧振子”、“理想氣體”、“點電荷”等物理模型的教學，都需要學生從大量的物理實驗現(xiàn)象中，忽略次要矛盾，抓住主要矛盾和普遍的共性特征，再經(jīng)過科學的想象和嚴密的邏輯推理而得；靜電場部分的教學。更需要較高的空間想象能力，所有這些高層次的思維要求，再加上這些規(guī)律和物理模型很少在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中親眼見到，所以當時理解了，之后容易忘記。經(jīng)過兩年的訓練，在目前的班級進入一輪復(fù)習后，要求學生的理解能力、推理能力、應(yīng)用數(shù)學工具處理物理問題的能力、綜合分析能力、實驗動手能力相對基礎(chǔ)年級都有了較大的提升，所以本節(jié)課以問題導(dǎo)入，以電場力做功與電勢能變化的關(guān)系為切入口，將電勢能、電勢、電勢差、電場強度與電勢差的關(guān)系串聯(lián)起來。效果分析本節(jié)課是一輪復(fù)習課，一共設(shè)計了2個課前訓練、3個例題和3個變型。課前訓練是在學生課前自行梳理各個概念后，學生在課前完成,目的是通過課前訓練對帶電粒子在電場中的能量變化初步認識。這兩道能夠?qū)⒊橄蟮碾妶鲋R具化到形象的物理情境中。從答題效果來看，學生對概念性的掌握完成較好，說明學生課前預(yù)習的比較認真，具有一定的實效性。但是對于課前訓練2中的“B”選項中出問題較多，說明學生將抽象的電場問題類比到熟悉的重力場的能力還有待提高。典例1是較為常見的等量同種電荷的電場問題，考察了電勢電勢能和所受電場力的情況，為較為復(fù)雜的變型1（2020年高考題）的方法做鋪墊。課堂效果證明，典例1學生完成的非常好，說明學生對基礎(chǔ)知識的掌握情況很好，但是變型1完成的不理想，說明學生對知識點和方法的遷移能力有所差距。典例2和典例3是在教師強調(diào)了各個物理量之間的關(guān)系之后的概念、方法應(yīng)用辨析題，從答題效果來看，第一題正確為100%，說明學生對看得見的、形象的帶電粒子在電場中的運動掌握的比較好。典例3的正答率是81%，一小部分同學沒有區(qū)分好“正弦”和“余弦”。通過教師的再次強調(diào)辨析，以及學生相互的現(xiàn)場演示，幫助這些同學更好的理解了定義。從這典例和變型題目的完成情況及學生的自我評價、組評成績綜合來看，本節(jié)課教學目標大達成度高?！峨妶龅哪艿男再|(zhì)》課標分析人教版物理選修3-1從電場對電荷做功的角度出發(fā)，推知在勻強電場中電場力做功與移動電荷的路徑無關(guān)而指出這個結(jié)論對非勻強電場也適用的。并與重力勢能類比，說明電荷在電場中也具有電勢能。場力做功的過程就是電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，電場力做的功只能決定電勢能的變化而不能決定電荷在電場中某點的電勢能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢能的零點電勢的概念既是本節(jié)的重點，也是本節(jié)的難點。類比電場強度的定義，通過勻強電場推知，荷在電場中的電勢能與它的電荷量的比值，是由電場中這點的位置決定的，跟試探電荷無關(guān)，并廣之從而給出了電勢的定義。在規(guī)定了電勢的零點后，就可以確定某點的電勢。電場中電勢相同的點構(gòu)成的面叫做等勢面，等勢面有其自身的特點和應(yīng)用。建議用類比法教學1、靜電力做功的特點教材通過把試探電荷q在勻強電場中從A沿直線、折線、曲線等不同的路徑移到B點，計出這幾種情況下靜電力對電荷所做的功都是一樣的，經(jīng)過論證得出了靜電力做功的特點：靜電的功只與電荷的起始位置和終點位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。同時推廣到非勻強電場也適用對于把該特點推廣到非勻強電場中，教學中可以不深究。讓學生知道即可。2、電勢能電勢能和電勢是兩個密切聯(lián)系的概念，反映了電場的能的性質(zhì)，內(nèi)容比較抽象。教材把地面附近重力對物體做功的情況跟物體的重力勢能的變化關(guān)系，與正電荷在勻強電場中電場力做功的十跟電勢能的變化關(guān)系進行類比，從而得出了靜電力的功只能決定電勢能的變化量，而不能決定在電場中某點的電荷電勢能的數(shù)值。只有規(guī)定了零電勢能的位置，才能確定電荷在某點的電勢能。教學中，可以在復(fù)習重力勢能、正功、負功等知識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學生列表對比進行討論。應(yīng)該指出的是，由于電場力可以是引力也可以是斥力，電荷可以是正電荷也可以是負電荷，因此電場做功的題要復(fù)雜些。在教學中，對正電荷在電場中的情形由教師講解，負電荷在電場中的情形可以由學自行推出結(jié)果，以培養(yǎng)學生的推理能力。在討論電勢能的數(shù)值時，可以先復(fù)習重力勢能是怎樣確定的，再與重力勢能類比，通過例子清確定電勢能數(shù)值的過程。要先確定電勢能為零的位置，一般取電荷q在無窮遠處的電勢能為零把電荷q從電場中某點移到零電勢能處電場力做功的大小，即為電荷q在電場中某點電勢能的數(shù)對于電勢能的正負的討論，可以讓學生根據(jù)重力勢能的正負的意義，對于電勢能的正負進行討論。貫徹課程標準“注重學生自主學習，提倡教學方式的多樣化”的基本理念。3、電勢在引入電勢之前，可以復(fù)習電場強度的引入過程，說明在電場中某點，隨著檢驗電荷電荷量的增大，所受電場力成正比地增大，但電場力與電荷量的比值是確定的，這就是該點的電強度。它與檢驗電荷的電荷量無關(guān)，是表示電場的力的性質(zhì)的物理量。與電場強度的引入過程類比，結(jié)合具體的電場定性說明：在電場中的某點，檢驗電荷的電勢能隨電荷的電荷量的增大而成正比地增大，但電勢能與電荷量的比值是確定的，它表示電場的能的性質(zhì)的物理量，也可以后作與電場強度的類比，從而加深對概念的理解。結(jié)合教材的推導(dǎo)，從而引入電勢，電勢的高低也與檢驗電荷的電荷量無關(guān)，由電場本身的性質(zhì)決定的。與電勢能確定一樣，講明零電勢位置的確定。零電勢確定后，電場中各點的電勢的大小才有確定的數(shù)值，電勢的正負才能有確切的定義，再應(yīng)用上述認識，說明點電荷+Q和-Q的電場中各點的電勢的高低，從而得出結(jié)論：在+Q的電場中，電勢都為正值，離+Q越近電勢越高：在-Q的電場中，電勢都為負值，離-Q越近電勢越低。根據(jù)電場線的方向可以判定電場中各點的電勢的高低，在考察電場力的方向與這些點的電勢高低的關(guān)系，最后概括出：順著電場線的方向，電勢越來越低。要及時引導(dǎo)學生小結(jié)已經(jīng)學過的知識，可以把電場強度與電勢、電勢與電勢能，分別列出表格，從意義、公式、方向性、單位等方面進行比較，鞏固掌握這些概念，也發(fā)展了分析、比較的思維能力。4.電勢差電場中某點的電勢是相對零電勢而言的，取不同的電勢零點，電勢的值是不同的，因此電有相對性，但同一電場中，兩點的電勢的差值不因為零電勢的選取而發(fā)生改變，所以電勢差比更有意義、更重要。引入電勢差時，除了用地理位置的高度差來比喻外，還可以列舉數(shù)據(jù)闡述或指導(dǎo)學生運算明在勻強電場中，選定不同的零電勢位置，其中任意兩點的電勢之差保持不變；進而指出電勢應(yīng)用比電勢更普遍，它的物理意義和公式也就順勢得出了。用電勢差來計算電場力做功時，公式中各物理量取絕對值，電場力做功的正負要根據(jù)電荷的方向與所受電場力方向的具體情況來判定。參考方案可采取與電勢相同的比值定義法定義電勢差的概念而后舉帶電粒子在勻強電場中運動電場做功引起電勢能的變化比結(jié)合電勢定義及電勢差定義來推導(dǎo)出電勢差等于電勢之差更符合知識生發(fā)展過程。即：WAB=EPA-EPBUAB=WAB/q5.電勢差與電場強度的關(guān)系電場強度描述的是電場力的性質(zhì)，電勢描述的是電場能的性質(zhì)，它們之間是否存在某種關(guān)系呢？本節(jié)教材就探討勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系。討論電勢差和電場強度方向的關(guān)系時，為了便于學生接受，可以舉例說明，自山頂上從坡度不同的兩個方向下到同一水平面，坡度陡的方向，單位長度的水平距離上高度下降大，即高度下降得快，再結(jié)合課本講解，沿不同的方向，電勢下降的差值都相同時，沿電場線方向的距離最小，即電勢降落得最快；因而得出：電場強度的方向是指電勢降低最快的方向，再通過計算兩種方式電場力所做的功而比較得到UAB=Ed。在得出電勢差和電場強度在數(shù)值上的關(guān)系式E=UAB/d后，要強調(diào)理解公式的意義和適用條件，d是兩點間在電場強度方向上的距離，UAB是所對應(yīng)的兩點間的電勢差，它只對勻強電場才適用。高三物理學案電場的能的性質(zhì)(一)知識內(nèi)容學科素養(yǎng)5.電勢能、電勢、電勢差物理觀念：1.理解描述電場能量的概念2.具有分析勻強電場中各物理量之間關(guān)系的觀念。6.勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系科學思維：學會推理電勢高低、電勢能大小的方法。科學態(tài)度與責任：培養(yǎng)學生具備分析電場中能量的科學素養(yǎng)。考向指導(dǎo)1.考題難度：試題情景新穎，難度中等偏上。2.?？紵狳c：電場線、等勢線與帶電粒子運動軌跡的判斷問題、電勢、電勢能、電勢差與電場強度的關(guān)系、用功能關(guān)系的觀點處理帶電體在電場中的運動問題等。知識點一電場力做功電勢能1.電場力做功(1)特點：電場力做功與無關(guān)，只與有關(guān)。(2)計算①W＝，適用于電場。②WAB＝，適用于任何電場。2.電勢能(1)定義：電荷在中具有的勢能，數(shù)值上等于將電荷從該點移到位置時電場力所做的功。(2)電場力做功與電勢能變化的關(guān)系：電場力做的功等于，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。(3)電勢能的相對性：電勢能是相對的，零勢能點選取不同，電勢能的。通常選取處或電勢能為零。知識點二電勢等勢面1.電勢(1)定義：試探電荷在電場中某點具有的與它的電荷量的比值。(2)定義式：φ＝eq\f(Ep,q)。(3)矢標性：電勢是，有正、負之分，其正(負)表示該點電勢比高(低)。(4)相對性：電勢具有，同一點的電勢因選取的不同而不同。2.等勢面(1)定義：電場中的各點組成的面。(2)四個特點①等勢面一定與垂直。②在移動電荷時電場力不做功。③電場線方向總是從的等勢面指向的等勢面。④等差等勢面越密的地方電場強度，反之。知識點三電勢差勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系1.定義：電荷在電場中，由一點A移到另一點B時，與移動電荷的的比值。2.定義式：UAB＝eq\f(WAB,q)。3.電勢差與電勢的關(guān)系：UAB＝UAB＝－UBA。4.電勢差與電場強度的關(guān)系：勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點沿方向的距離的乘積。即U＝Ed，也可以寫作E＝eq\f(U,d)。課前訓練1.(2015·全國卷Ⅰ，15)如圖4直線a、b和c、d是處于勻強電場中的兩組平行線，M、N、P、Q是它們的交點，四點處的電勢分別為φM、φN、φP、φQ。一電子由M點分別運動到N點和P點的過程中，電場力所做的負功相等。則()A.直線a位于某一等勢面內(nèi)，φM＞φQB.直線c位于某一等勢面內(nèi)，φM＞φNC.若電子由M點運動到Q點，電場力做正功D.若電子由P點運動到Q點，電場力做負功課前訓練2.(多選)(2018·全國卷Ⅰ，21)圖5中虛線a、b、c、d、f代表勻強電場內(nèi)間距相等的一組等勢面，已知平面b上的電勢為2V。一電子經(jīng)過a時的動能為10eV，從a到d的過程中克服電場力所做的功為6eV。下列說法正確的是()A.平面c上的電勢為零B.該電子可能到達不了平面fC.該電子經(jīng)過平面d時，其電勢能為4eVD.該電子經(jīng)過平面b時的速率是經(jīng)過d時的2倍【典例1】：如圖所示，真空中等量正點電荷放置在M、N兩點，在MN連線上有對稱點a、c，MN連線的中垂線上有對稱點b、d，則下列說法正確的是()A.電荷＋q在c點的電勢能大于在a點的電勢能B.電荷＋q在c點的電勢能小于在a點的電勢能C.在MN連線的中垂線上，O點電勢最高D.電荷－q從d點由靜止釋放，在它從d點運動到b點的過程中，加速度先減小再增大【變型1】（2020卷）．真空中有兩個固定的帶正電的點電荷，電荷量不相等。一個帶負電的試探電荷置于二者連線上的O點時，僅在電場力的作用下恰好保持靜止狀態(tài)。過O點作兩正電荷連線的垂線，以O(shè)點為圓心的圓與連線和垂線分別交于a、c和b、d，如圖所示。以下說法正確的是（）A．a(chǎn)點電勢低于O點B．b點電勢低于c點C．該試探電荷在a點的電勢能大于在b點的電勢能D．該試探電荷在c點的電勢能小于在d點的電勢能【典例2】(2018·天津理綜，3)如圖6所示，實線表示某電場的電場線(方向未標出)，虛線是一帶負電的粒子只在電場力作用下的運動軌跡，設(shè)M點和N點的電勢分別為φM、φN，粒子在M和N時加速度大小分別為aM、aN，速度大小分別為vM、vN，電勢能分別為EpM、EpN。下列判斷正確的是()A.vM<vN，aM<aN B.vM<vN，φM<φNC.φM<φN，EpM<EpN D.aM<aN，EpM<EPN【變型2】(2016·全國卷Ⅱ，15)如圖7，P是固定的點電荷，虛線是以P為圓心的兩個圓。帶電粒子Q在P的電場中運動，運動軌跡與兩圓在同一平面內(nèi)，a、b、c為軌跡上的三個點。若Q僅受P的電場力作用，其在a、b、c點的加速度大小分別為aa、ab、ac，速度大小分別為va、vb、vc，則()A.aa>ab>ac，va>vc>vbB.aa>ab>ac，vb>vc>vaC.ab>ac>aa，vb>vc>vaD.ab>ac>aa，va>vc>vb【典例3】如圖9所示是勻強電場中的一組等勢面，若A、B、C、D相鄰兩點間距離為2cm，A和P點間距離為1.5cm，則該電場的電場強度E和電勢φP分別為()A.500V/m，－2.5VB.1000×eq\f(\r(3),3)V/m，－2.5VC.500V/m，2.5VD.1000×eq\f(\r(3),3)V/m，2.5V【變型3】.(2019·河北唐山一模)邊長為1cm的正三角形ABC處于勻強電場中，電場方向平行于三角形所在平面。將電子由A點移動到B點，電場力做功4eV；將電子由A點移動到C點，電場力做功2eV。電場強度大小為()A.200V/mB.300V/mC.200eq\r(3)V/mD.400V/m課堂小結(jié):1.求電場力做功的方法:2.判斷電勢能變化的幾種方法(1)根據(jù)電場力做功：(2)根據(jù)Ep＝φq：3.判斷電勢高低的幾種方法(1)根據(jù)電場線：(2)根據(jù)UAB＝eq\f(WAB,q)4.常見等勢面的重要特點5.電場線、等勢面和帶電粒子軌跡問題(1)根據(jù)等勢面與電場線垂直，畫出電場線。(2)根據(jù)運