第2节 电势与等势面（表格式教学设计）物理鲁科版必修第三册

本文围绕“电势与等势面”展开，承接电场相关知识背景，为后续电学深入学习奠基。通过实例计算、小组讨论等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养。 该设计创新点在于类比等高线理解等势面，采用问题驱动法教学。从学生层面看，提升思维能力；从教师角度，提供清晰授课路径；课堂效果上，有效突破教学难点。

第2节 电势与等势面（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第2节 电势与等势面 教学 目标 物理观念 能理解电势的定义（）、高低判断及等势面的概念与特点，建立“电势描述电场能的性质”的物理观念。 科学思维 能通过电势能与电荷量的比值定义电势，分析等势面与电场线的垂直关系，提升比值定义法应用及空间想象能力。 科学探究 能参与“绘制等势面模拟图”的实验，观察等势面分布并分析其与电场线的关联，提升实验观察与归纳能力。 科学态度 与责任 通过了解等势面在工程（如静电屏蔽设计）中的应用，认识物理概念对技术实践的指导意义，培养科学应用意识。 教学 重难点 重点：理解电势的定义、高低判断及等势面与电场线的关系。 难点：电势的相对性及等势面分布的空间想象。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 电视剧《亮剑》中，李云龙曾以一句戏言展示了他对地图的独到见解，他看地图的戏言背后藏着等高线的智慧。法拉第用几条线描绘无形电场，正是知识迁移的点石成金，让人令人叹为观止。想一想你曾经在那些地方巧妙地利用类比从而深化对物理内涵的理解？ 思考为后续电势做铺垫 新课讲授 一、电势 问题情景：匀强电场E 中AB两点相距为l。规定电荷在A点电势能为零.求正电荷q在B点的电势能.若移动的是负电荷q，负电荷在B点的电势能是多少？ A B E 问题1：在电场中同一点，正电荷与负电荷的电势能相等吗？电势能与放置的电荷有关吗？ 问题2：电势能能描述电场的性质吗？ 设计意图：通过实例计算表明电势能与电荷有关，不能描述电场的性质。 电势：电荷在电场中某一点的电势能与电荷量的比值。 φ= 单位：伏特（V） 1V=1J/C 电势仅由电场决定，和放入电场的电荷无关。 规定离场源电荷无穷远处作为电势零点。 A B E 问题1：正电荷从A到B，静电力做正功还是负功？ 问题2：正电荷在哪一点的电势能较大？ 问题3：A点和B点，哪一点的电势较大？ 问题4：若移动的负电荷，哪一点的电势较大？ 归纳总结：沿电场线方向电势降低。 问题：M点是正点电荷电场线上的一点，M点的电势大于0V还是小于0V？N点是负点电荷电场线上的一点，N点电势大于0V还是小于0V？以电荷位置为坐标原点，沿电场线建立Ox轴，定性画出电势随坐标的变化图像。 M N 电势能是电荷和电场共有的，电荷用电荷量q体现电势能，电场可以用哪一个物理量来反映电势能呢？ 新课讲授 二、等势面 问题情景：在匀强电场中把电量为2.0×10-9C的正电荷从A移到B点，电场力做功1.6×10-7J，再把这个正电荷从B点移到C点，电场力做功为-4.0×10-7J.问: 问题1： （1）A、B、C三点中哪点电势最高?哪点电势最低? （2）根据以上结果，定性地画出电场分布的示意图，标出A、B、C三点可能的位置。 问题2：（2）问中“可能”说明还有其他位置符合要求，这些位置在哪里呢？以A→B为例，进行研究。 总结并提问 在刚才的分析中，已经能够得出等势面的一些特点。 比如： （1）在等势面上移动电荷时，静电力不做功。 （2）电场线跟等势面垂直，且由高电势指向低电势。 问题1：两等势面一定不相交吗？请说明理由。 （提示：可以应用数学中的方法证明该论点） 做一做：根据等势面与电场线垂直这一特点，可以根据电场线画出等势面，同学们试着画出正点电荷、匀强电场的等势线。 总结并引发新的思考 既然电势与高度、电势差与高度差如此类似，我们还可以从等高线的角度类比来理解等势线、等势面。 展示常见电场的等势线与等高线的对比图，加深学生对等势面的理解。 【例题1】如图甲所示是一种静电除尘装置，在金属板A与金属棒B间加恒定高压，烟气从一端进入静电除尘区经过净化后从另一端排出。其原理如图乙所示，其中一带负电的尘埃微粒沿图乙中虚线向左侧金属板A运动，P、Q是运动轨迹上的两点，不计重力和微粒间的相互作用，不考虑微粒运动过程中的电荷量变化。下列说法正确的是（　　） A． P点电势比Q点电势低 B．Q点电场强度垂直A板向右 C．微粒在P点速度比Q点的大 D．微粒在P点具有的电势能比Q点小 【答案】A 【详解】A．由图甲可知，金属板A带正电，金属棒B带负电，电场线的方向是由正电荷指向负电荷，沿电场线方向电势降低，P点靠近负极， Q点靠近正极，所以P点电势比Q点电势低，故A正确； B．电场线的方向是由正电荷指向负电荷，某点的电场强度方向为该点电场线的切线方向，由题意可知Q点的切线方向不可能垂直A板。故B错误； CD．由题意可知，微粒在运动过程中，电场力做正功，微粒做加速运动，微粒在P点速度比Q点的小；电势能减小，微粒在P点具有的电势能比Q点大。 故CD错误。 故选A。 针对训练1太极图的含义丰富而复杂，它体现了中国古代哲学的智慧。如图所示，O为大圆的圆心，为上侧阳半圆的圆心，为下侧阴半圆的圆心，O、在同一直线上，AB为大圆的直径且与连线垂直，C，D为关于O点对称的两点，在两点分别固定电荷量大小相等的异种点电荷，处为正点电荷，处为负点电荷，整个空间只有处点电荷产生的电场。下列说法正确的是（　　） A．C、D两点电势不相等 B．把电子由A沿直线移到B的过程中，电子的电势能先增加后减小 C．把质子由A沿直线移到B的过程中，质子所受电场力先减小后增加 D．将一电子（不计重力）从A点由静止释放，电子不可能沿直线在AB间做往返运动 【答案】AD 【详解】A．处为正点电荷，处为负点电荷，由于C点靠近正点电荷，D点靠近负点电荷，则C点电势大于D点电势，故C、D两点电势不相等，故A正确； B．AB为等量异种电荷连线的中垂线，根据等量异种电荷电势分布特点可知，中垂线为一等势线，所以把电子由A沿直线移到B的过程中，电子的电势能保持不变，故B错误； C．根据等量异种电荷中垂线电场分布特点可知，O点为中垂线上场强最大的点，则把质子由A沿直线移到B的过程中，场强先变大后变小，质子所受电场力先增加后减小，故C错误； D．由于根据等量异种电荷中垂线上的场强方向与中垂线垂直，所以将一电子（不计重力）从A点由静止释放，在A处受到的电场力与AB直线垂直，电子不可能沿直线在AB间做往返运动，故D正确。 故选AD。 学生活动1： 根据已知完成问题1中的计算，并在电场中标出A、B、C三点的位置。 学生活动2： 小组讨论，B点可能存在的位置，并找几个组的代表进行发言 学生活动3： 思考、论证，小组分享自己的观点。 学生活动4： 小组讨论并总结等势面的特点 学生活动5： 完成做一做的要求，画出正点电荷、匀强电场的等势线。 学生活动6： 观察对比图，结合生活中的等高线理解等势面。 课 堂 练 习 1.如图所示，A、B为匀强电场中同一条电场线上的两点。电势分别为、；电荷量为的试探电荷在A、B两点的电势能分别为、。则（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AB．根据沿电场方向电势降低可知，A、B两点的电势大小关系为故A正确，B错误； CD．根据电势能表达式可知电荷量为的试探电荷在A、B两点的电势能大小关系为 故CD错误。故选A。 2.雷雨天带电的乌云飘过一栋建筑物上空时，在避雷针周围形成电场，a、b、c、d为等差等势面，一个电子只在电场力作用下的运动轨迹如图中实线所示，A、B是轨迹上的两点。下列说法正确的是（　　） A．云层带负电 B．A点的电场强度大小比B点的小 C．电子在A点动能比在B点动能小 D．电子在A点电势能比在B点电势能大 【答案】A 【详解】A．由于电场线垂直于等势线，根据电子所受电场力的方向斜向左下方，电子带负电，可知，电场方向斜向右上方法，沿电场线方向电势降低，故A点电势比B点电势高，由此可知云层带负电，故A正确； B．等差等势面分布的疏密程度表示电场强弱，可知，A点场强比B点场强大，故B错误； C．结合上述，若电子从A运动到B，电场力方向与运动方向的夹角为钝角，则电场力做负功，电子在A点动能比在B点动能大，故C错误； D．结合上述，电子从A运动到B，电场力做负功，电势能增大，可知，电子在A点电势能比在B点电势能小，故D错误。 故选A。 3．电荷量为的点电荷位于电场某点时，其电势能为Ep，若把该点电荷换成电荷量为3q的点电荷，电场中该点的电势为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据电势的定义式有 上述表达式是比值定义式，电势由电场本身决定，与试探电荷无关，即若把该点电荷换成电荷量为3q的点电荷，电场中该点的电势仍然为。 故选B。 4．“eV”常作为能量单位，“1eV”表示一个电子经过1V电压加速后获得的能量，则“80eV”的能量是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由题可知 故有 故选B。 5.细胞电转染的原理简化如图所示，两带电的平行金属板间，由于细胞的存在形成如图所示的电场。其中实线为电场线，关于轴对称分布。虚线为带电的外源DNA进入细胞膜的轨迹，、为轨迹上的两点，点与点关于轴对称，下列说法正确的是（　　） A．、两点的电场强度相同 B．点的电势与点的电势相等 C．DNA分子在点的加速度比在点小 D．DNA分子在点的电势能比在点小 【答案】C 【详解】A．电场中某点的电场强度的方向为电场线在该点的切线方向，由图可知、两点的电场强度的方向不同，故A错误； B．沿着电场线电势降低，故点的电势低于点的电势，故B错误； C．处的电场线更稀疏，场强更小，由牛顿第二定律可知，分子在点的加速度比在点小，故C正确； D．由轨迹可知，DNA分子由向运动的过程电场力做正功，电势能减小，故DNA分子在点的电势能比在点大，故D错误。 故选C。 6.（2023·广东·高考真题）（多选）电子墨水是一种无光源显示技术，它利用电场调控带电颜料微粒的分布，使之在自然光的照射下呈现出不同颜色．透明面板下有一层胶囊，其中每个胶囊都是一个像素．如图所示，胶囊中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒．当胶囊下方的电极极性由负变正时，微粒在胶囊内迁移（每个微粒电量保持不变），像素由黑色变成白色．下列说法正确的有（　　）    A．像素呈黑色时，黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势 B．像素呈白色时，黑色微粒所在区域的电势低于白色微粒所在区域的电势 C．像素由黑变白的过程中，电场力对白色微粒做正功 D．像素由白变黑的过程中，电场力对黑色微粒做负功 【答案】AC 【详解】A．像素呈黑色时，当胶囊下方的电极带负电，像素胶囊里电场线方向向下，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故A正确； B．像素呈白色时，当胶囊下方的电极带正电，像素胶囊里电场线方向向上，所以黑色微粒所在的区域的电势高于白色微粒所在区域的电势，故B错误； C．像素由黑变白的过程中，白色微粒受到的电场力向上，位移向上，电场力对白色微粒做正功，故C正确； D．像素由白变黑的过程中，黑色微粒受到的电场力向上，位移向上，电场力对黑色微粒做正功，故D错误。 故选AC。 课 堂 小 结 1.电势φ= 2.等势面的特点 3.几种常见电场的等势面 板 书 设 计 第2节 电势与等势面 一、电势 φ= 仅由电场决定 q带符号 二、等势面： 1.等势面 在电场中，电势相同的各点构成的面“叫做等势面。 2.等势面的特点 ①在等势面上移动电荷时，静电力不做功； ②电场线跟等势面垂直，且由高电势指向低电势； ③两等势面一定不相交。 作业 布置 1.计算点电荷电场中A、B两点电势差（已知电荷量、距离及零电势点），并判断电势高低（需画电场线辅助说明）。 2.对比等高线与等势面的异同，结合教材图示分析匀强电场中等势面分布规律（要求用文字+简图呈现）。 3.分析心电图仪的工作原理，说明电极间电势差与心肌电活动的关系（200字内，需包含等势面概念的应用）。 教学反思 1.通过重力势能类比电势时，部分学生对电场力做功与路径无关的结论理解不深，需增加动态模拟演示（如电荷在非匀强电场中的运动轨迹）强化直观认知。 2.学生空间建模能力不足，导致手工绘制等势面误差较大，后续可引入数字化工具（如电场模拟软件）辅助可视化教学。 3.仅用“手机充电”等简单案例关联电势概念，未能充分激发兴趣，建议补充高压输电、静电喷涂等工业应用场景分析。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$