【同步備課】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)人教版選修3-1-1.4-電勢能和電勢

【教材分析】本節(jié)內(nèi)容為物理選修3－1中第一章靜電場中第四節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，它處在電場強(qiáng)度之后，位于電勢差之前，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)到對新學(xué)問的探究，同時(shí)讓同學(xué)就具體的物理學(xué)問遷移埋下思維鋪墊。教材從電場對電荷做功的角度動(dòng)身，推知在勻強(qiáng)電場中電場力做功與移動(dòng)電荷的路徑無關(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。電場力做功的過程就是電勢能的變化量，而不能打算電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢能零點(diǎn)。對同學(xué)力量的提高和對學(xué)問的遷移、機(jī)敏運(yùn)用賜予了思維上的指導(dǎo)作用?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1．學(xué)問與技能·理解靜電力做功的特點(diǎn)、電勢能的概念、電勢能與電場力做功的關(guān)系?！だ斫怆妱莸母拍?，知道電勢是描述電場的能的性質(zhì)的物理量?！っ鞔_電勢能、電勢、靜電力的功、電勢能的關(guān)系。·了解電勢與電場線的關(guān)系，了解等勢面的意義及與電場線的關(guān)系。2．過程與方法·通過與前面學(xué)問的結(jié)合，理解電勢能與靜電力做的功的關(guān)系，從而更好的了解電勢能和電勢的概念?！づ嘤龑W(xué)問的類比力量，以及對問題的分析、推理力量。·通過同學(xué)的理論探究，培育同學(xué)分析問題、解決問題的力量。培育同學(xué)利用物理語言分析、思考、描述概念和規(guī)律的力量。3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀·嘗試運(yùn)用物理原理和爭辯方法解決一些與生產(chǎn)、生活相關(guān)的實(shí)際問題，增加科學(xué)探究的價(jià)值觀。利用學(xué)問類比和遷移激發(fā)同學(xué)學(xué)習(xí)愛好，培育同學(xué)機(jī)敏運(yùn)用學(xué)問和對科學(xué)的求知欲?！だ玫葎菝鎴D象的對稱美，形態(tài)美以獲得美的享受、美的愉悅，自己畫圖，在學(xué)習(xí)學(xué)問的同時(shí)提高對美的感受力和鑒別力?！ぴ跔庌q問題時(shí)，要培育突出主要沖突，忽視次要因素的思維方法?！窘虒W(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】1．重點(diǎn)·理解把握電勢能、電勢、等勢面的概念及意義。2．難點(diǎn)·把握電勢能與做功的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問題?！緦W(xué)情分析】通過對必修內(nèi)容的學(xué)習(xí)，同學(xué)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)生疏，具備了學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)問前提，但建立起電勢能的概念對同學(xué)來說相對比較困難的，由于電場的概念特殊抽象，特殊是從力與能量兩條線上同時(shí)爭辯電場，讓同學(xué)感到有點(diǎn)“力不從心”，學(xué)問遷移及機(jī)敏運(yùn)用是同學(xué)學(xué)習(xí)過程中要跨越的一個(gè)臺階【教學(xué)方法】理論、類比探究、分析歸納、爭辯分析、應(yīng)用舉例、體驗(yàn)探究【課前預(yù)備】掛圖【課時(shí)支配】2課時(shí)【教學(xué)過程】（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)懷疑1．靜電力，電場強(qiáng)度概念，指出前面我們從力的性質(zhì)爭辯電場，從本節(jié)起將從能量的角度爭辯電場。2．復(fù)習(xí)功和能量的關(guān)系：如圖所示從靜電場中靜電力做功使摸索電荷獲得動(dòng)能入手，提出問題：是什么轉(zhuǎn)化為摸索電荷的動(dòng)能？（二）情景引入、呈現(xiàn)目標(biāo)。第四節(jié)、電勢能和電勢一、靜電力做功的特點(diǎn)讓摸索電荷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(dòng)到B點(diǎn)，我們來計(jì)算這幾種狀況下靜電力對電荷所做的功。W＝F|AB|＝qE|AB|W＝F|AB|cosθ＝qE|AB|W＝W1+W2+W3+……其中F＝qE|AM|分析三種狀況下的做功的數(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)的學(xué)問，歸納得出相關(guān)的物理學(xué)問。從中發(fā)覺問題和學(xué)問結(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、電勢能查找類比點(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關(guān)同一物體在地面四周的同一位置才具有確定的重力勢能。）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(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與移動(dòng)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Ep表示?！舅伎寂c爭辯】假如做功與路徑有關(guān)，那能否建立電勢能的概念呢？2．爭辯：靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系通過學(xué)問的類比，讓同學(xué)能從中感受到新學(xué)問的得出也可以通過已有獵取。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(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，而他們總量保持不變。WAB＝－（EpB－EpA）＝EpA－EP【思考爭辯】對不同的電荷從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，電勢能的變化狀況：正電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做正功，即有WAB>0，則EpA>EpB，電勢能削減?！裾姾身樦妶鼍€的方向其電勢能漸漸削減。負(fù)電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做正功，即有WAB<0，則EpA>EpB，電勢能增加。<EPB，電勢能增加。<p>●負(fù)電荷順著電場線的方向其電勢能漸漸降低。對此分析得出：電勢能為系統(tǒng)全部，與重力勢能相類似。3．求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢能問題爭辯：在上面爭辯的問題中，請分析求出A點(diǎn)的電勢能為多少？同學(xué)思考后無法直接求出，不妨就此激勵(lì)同學(xué)，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。則EpA＝WAB（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(dòng)到零勢能位置撕所做的功。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，或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零。拓展：求電荷在電場中A、B兩點(diǎn)具有的電勢能凹凸。將電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，依據(jù)靜電力做功狀況推斷。若靜電力做功為正功，電勢能削減，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)，推斷其做功特點(diǎn)再進(jìn)行推斷。通過對不同內(nèi)容的拓展，引導(dǎo)同學(xué)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)能正確生疏到在分析問題時(shí)還應(yīng)當(dāng)思考問題的不同側(cè)面，達(dá)到對問題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散力量，達(dá)到對物理學(xué)習(xí)全面化的探究要求。三、電勢我們通過靜電力的爭辯生疏了電場強(qiáng)度，現(xiàn)在要通過電勢能的爭辯來生疏另一個(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，若用左圖中的Ep/m，或右圖中的Ep/q，它們的值是相同的。如何來表征這個(gè)相同的量呢？讓同學(xué)很快能想到用比值定義法來定義物理量，對學(xué)問活學(xué)活用。上面爭辯的是特殊狀況，下面我們來爭辯一般狀況：（如圖）EpA＝qE場Lcosθ可見，EpA與q成正比，即電勢能跟電荷量的比值EpA/q都是相同的。對電場中不同位置，由于L與θ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)的位置打算的，跟摸索電荷本身無關(guān)。得出結(jié)論后，引導(dǎo)同學(xué)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)的電勢能與他的電荷量的比值，叫做這一點(diǎn)的電勢。用φ表示。表達(dá)式：φ＝Ep/q（與摸索電荷無關(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）1V＝1J/C物理意義：電荷量為1C的電荷在該點(diǎn)的電勢能是1J，則該點(diǎn)的電勢就是1V。以上結(jié)論由同學(xué)得出，自己能用所學(xué)學(xué)問進(jìn)行簡潔的描敘，培育相關(guān)應(yīng)用歸納學(xué)問的力量。（三）合作探究、精講點(diǎn)播思考：如何來推斷電勢的凹凸呢？讓同學(xué)明白：依據(jù)靜電力做功的正負(fù)，推斷電勢能的變化，進(jìn)而判定電勢的凹凸?，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。與電勢能相像，我們知道Ep有零勢能面，因此電勢也具有相對性。引導(dǎo)同學(xué)得出：應(yīng)當(dāng)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)值打算于零電勢的選擇。因此電勢有正負(fù)之分，是由于其零電勢的選擇打算。通常以大地或無窮遠(yuǎn)默認(rèn)為零。與零電勢能的位置規(guī)定是否有相像之處呢？與學(xué)問進(jìn)行類比，從前面的結(jié)論中領(lǐng)悟到學(xué)問的相通性，能對學(xué)問進(jìn)行類比應(yīng)用。（四）反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測【思考與爭辯】參看書上的問題進(jìn)行思考與爭辯，然后思考若是q當(dāng)做負(fù)電荷來進(jìn)行爭辯，其結(jié)果是否一樣呢？四、等勢面在地理課上常用等高線來表示地勢的凹凸。今日我們學(xué)習(xí)了電勢的學(xué)問后，那我們可以用什么來表示電勢的凹凸呢？同學(xué)：在電場中常用等勢面來表示電勢的凹凸。1．等勢面：電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面?！倔w驗(yàn)性實(shí)踐】查找等勢面：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(dòng)，讓同學(xué)明白到如何去查找等勢面，達(dá)到對后續(xù)結(jié)論探究創(chuàng)設(shè)前置氛圍。觀看掛圖，從中查找不同電場中等勢面的不同和相同點(diǎn)，進(jìn)行合理猜想。2．等勢面與電場線的關(guān)系⑴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(dòng)電荷，靜電力不做功。WAB＝EpA－EPb＝qφA－qφB＝0爭辯：什么狀況下會(huì)消滅力做功為零的狀況？引導(dǎo)分析得出：F⊥v⑵電場線跟等勢面肯定垂直，即跟電場強(qiáng)度的方向垂直。引導(dǎo)同學(xué)用反證法達(dá)到證明的目的，加深對學(xué)問點(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。若兩個(gè)相鄰的等勢面間的電勢之差是相等的，則能得到書上圖1．4－5的圖形。觀看圖形或掛圖，結(jié)合電場線的特點(diǎn)，可得出結(jié)論。⑶等勢面越密，電場強(qiáng)度越大。⑷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：先測繪出等勢面的外形和分布，再依據(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狀況了?！倔w驗(yàn)性試驗(yàn)】測繪兩個(gè)異種點(diǎn)電荷的靜電場分布。加強(qiáng)體驗(yàn)性試驗(yàn)的教學(xué)，讓同學(xué)形成深刻印象，達(dá)到對學(xué)問應(yīng)用力量的提高。九【板書設(shè)計(jì)】第四節(jié)、電勢能和電勢一、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)過的路徑無關(guān)。二、電勢能1．電勢能：由于移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與移動(dòng)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Ep表示。2．爭辯：靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系WAB＝－（EpB－EpA）＝EpA－EPB3．求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢能4．零勢能面的選擇三、電勢1．定義：φ＝EP/q2．電勢是標(biāo)量，它只有大小沒有方向，但有正負(fù)。3．電場線指向電勢降