第四节 电势能与电势（表格式教学设计）物理粤教版2019必修第三册

第四节　电势能与电势 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第四节　电势能与电势 教学 目标 物理观念 通过电势能概念的建立过程，丰富并完善学生的物质观和能量观；让学生在建立概念的过程中，体会运用科学的研究问题的方法和科学概念的建立对形成正确的物理观念的重要性。 科学思维 经历建模、类比、推理、论证、质疑等科学思维过程，进行电场力做功情况的分析；体会利用微元法的极限思想解决复杂问题的过程，逐步提升学生的科学思维能力；体会用物理量之比定义新物理量的方法描述物体的某种属性的思维方法。 科学探究 通过对不同路径情况下电场力做功的分析，引导学生积极思考，合理质疑，进而利用已有知识研究解决新的问题，得出电场力做功与路径无关的特点，提高学生的科学探究能力。 科学态度 与责任 在理论探究、推理论证的过程中，让学生体会并形成严谨认真、尊重事实的科学态度。 教学 重难点 1.知道电场力做功的特点，掌握电场力做功与电势能变化之间的关系(重点)。 2.理解电势能、电势的概念及电势和电势能的相对性(重难点)。 3.掌握电势能的计算方法(重点)。 4.会判断电场中两点电势的高低(重点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：我们学习了场强的概念，知道它是描述电场性质的物理量，而电场力在电场中能够做功，功是能量转化的量度，所以电场也有“能”的性质。 请同学们回顾一下，1、功的公式；2、重力做功的特点；3、重力做功WG与重力势能变化的关系。 学生：1、功的公式为W＝Flcos α；2、重力做功与路径无关,由初末位置的高度差来决定；3、重力做功WG与重力势能变化的关系为WG＝Ep1－Ep2＝-ΔEp。 教师：很好，有了这些知识以后，我们就可以进入今天的学习了。 学生复习回顾，结合课前预习，回答问题。 新课讲授 一、电场力做功 教师：为了研究电场中“能”的性质，我们首先要研究电场中电场力做功的特点。那么，电场力做功要如何来计算呢？请结合下面几个情景，计算电场力做功。 如图所示，正试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，仅在电场力作用下从A移动到B。 (1)若q沿直线AB(图甲)运动，电场力做的功为多少？ (2)若q沿折线(图甲)AMB从A点移动到B点，电场力做的功为多少？ (3)若q沿任意曲线ANB(图乙)从A点移动到B点，电场力做的功为多少？ 学生：(1)静电力对试探电荷q做的功WAB＝Fcos θ·|AB|＝qEcos θ·|AB|＝qE·|AM|；(2)在q沿AM移动过程中静电力做功W1＝qE·|AM|，在q沿MB移动过程中静电力做功W2＝0，总功WAMB＝W1＋W2＝qE·|AM|；(3)WANB＝W1＋W2＋W3＋…＋Wn＝qE·|AM|； 教师：由此可得出什么结论？ 学生：电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点，静电力做功相同。说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关。 师生：共同归纳总结： 静电力做功的特点：静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。 教师：该结论对于非匀强电场也是适用的。 学生小组合作，积极讨论，完成问题解答。 新课讲授 二、电势能 教师：既然电场力对电荷做功和重力对物体做功都与路径无关，性质如此相似，请同学们利用类比学习的方法，给电势能下个定义。 学生：一个物体在地面附近的某一位置具有重力势能。同样，一个电荷在静电场中的某一位置也具有势能，这种势能叫作电势能。也可以用符号Ep表示。 师生：共同归纳总结 1.定义：电荷在电场中具有的势能，是与位置有关的物理量。符号：Ep。 2.静电力做功与电势能变化之间的关系： (1)WAB＝EpA－EpB。 (2)静电力做正功，即WAB>0，电势能减少；静电力做负功，即WAB<0，电势能增加。 3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功。 4.电势能的几点说明： (1)标量：正负值表示电势能大小。 (2)系统性：电荷与电场共有的能量。 (3)相对性：通常以离场源电荷无限远或地面为零势能面。 【例1】将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10－5 J的功，再从B点移到C点，电场力做了1.2×10－5 J的功，则： (1)电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少？ (2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？ 解析　(1)WAC＝WAB＋WBC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J。电势能增加了1.8×10－5 J。 (2)如果规定A点的电势能为零，由公式WAB＝EpA－EpB 得该电荷在B点的电势能为EpB＝EpA－WAB＝0－WAB＝3×10－5 J； 同理，C点的电势能为EpC＝EpA－WAC＝0－WAC＝1.8×10－5 J。 学生利用类比学习法定义电势能，并与教师共同归纳总结相关知识内容。 学生完成例题解答，注意公式的正确使用及计算结果中“＋、－”的意义。 新课讲授 三、电势 教师：前面学习到,将一个电荷放入电场中，电荷会受到电场力，我们将电场力(F)与电荷所带电荷量(q)有关，但是他们的比值独立反映电场力的性质，于是定义为电场强度(E)。请同学们利用类比法，给电势下个定义。 学生：将一个电荷放入电场中，电荷会具有电势能，我们将电势能(Ep)与电荷所带电荷量(q)有关。即电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比叫做电势。 师生：共同归纳总结 1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 2.公式：φ＝，其中φ由电场中该点的性质决定，与试探电荷q本身无关(填“有关”或“无关”)。 3.单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1 V＝1 J/C。 4.电势的相对性：只有在规定了零电势点之后，才能确定电场中某点的电势，一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为0。 5.电势是标量，但有正负。在同一电场中，电势为正值表示该点电势高于零电势，电势为负值表示该点电势低于零电势。 6.沿着电场线的方向电势逐渐降低。 【例2】　如果把电荷量为q＝＋1.0×10－8 C的电荷从无限远处移到电场中的A点，需要克服电场力做功W＝1.2×10－4 J，那么：(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？(2)q未移入电场前，A点的电势是多少？ 解析　(1)取无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即φ∞＝0，Ep∞＝0。由W∞A＝Ep∞－EpA得，EpA＝Ep∞－W∞A＝0－(－1.2×10－4 J)＝1.2×10－4 J再由φA＝得φA＝1.2×104 V。(2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以q未移入电场前，A点的电势仍为1.2×104 V。 学生利用类比法定义电势，并与教师共同归纳总结相关知识内容。 学生完成例题解答。 新课讲授 四、等势面 教师：在地图中常用等高线来表示地势的高低。与此相似，在电场的示意图中常用等势面来表示电势的高低。 师生：共同归纳总结 1.定义：电场中电势相同的各点构成的面。 2.等势面的特点 (1)在同一个等势面上移动电荷时，静电力不做功。 (2)等势面一定跟电场线垂直，即跟电场强度的方向垂直。 (3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。 (4)在空间中两等势面不相交。 3.四种常见的典型电场的等势面 【例3】　(多选)如图所示，a、b、c、d为匀强电场中的四个水平等势面，一个电子由M点射入电场后，仅在电场力作用下的运动轨迹如实线MN所示，由此可知(　AD　) A．电子在N点的动能小于在M点的动能 B．电子在N点的电势能小于在M点的电势能 C．电场强度方向向左 D．电场中，等势面a的电势低于等势面b的电势 学生与教师共同归纳总结等势面相关知识内容。 学生完成例题解答。 课 堂 练 习 1.（多选）一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么 ( CD ) A．电荷在B处时将具有5×10－6J 的电势能 B．电荷在B处将具有5×10－6J 的动能 C．电荷的电势能减少了5×10－6J D．电荷的动能增加了5×10－6J 2.一个点电荷，从静电场中的a点移至b点，其电势能的变化为零，则( D ) A．a、b两点的场强一定相等 B．该电荷一定沿等势面移动 C．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的 D．a、b两点的电势相等 3.如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面ab上, 有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O对称),下列说法正确的是( C ) A.电子的电势能始终增多 B.电子的电势能始终减少 C.电子的电势能先减少后增加 D.电子的电势能先增加后减少 4.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示，电场方向竖直向下。若不计空气阻力，则此带电油滴从a运动到b的过程中，能量变化情况为( C ) A.动能减小 B.电势能增加 C.动能和电势能之和减少 D.重力势能和电势能之和增加 5.如图，将q1＝2×10－6 C的试探电荷从A点移到B点，静电力做功5×10－5 J，从B点移到无穷远处，静电力做功8×10－5 J。以无穷远处的电势为零，求： (1)电荷q1在A、B两点的电势能； (2)A、B两点的电势； (3)q2＝－2×10－6 C的电荷在A、B两点的电势能。 答案　(1)1.3×10－4 J　8×10－5 J　(2)65 V　40 V　(3)－1.3×10－4 J　－8×10－5 J 解析　(1)从B点移到无穷远处，静电力做功 8×10－5 J，则W＝EpB－Ep∞＝EpB 所以在B点的电势能EpB＝8×10－5 J 将q1＝2×10－6 C的试探电荷从A点移到B点，静电力做功5×10－5 J，则 W′＝EpA－EpB 所以EpA＝1.3×10－4 J (2)根据Ep＝φq 可知φA＝＝65 V，φB＝＝40 V (3)q2＝－2×10－6 C的电荷在A、B两点的电势能 EpA′＝q2φA＝－1.3×10－4 J，EpB′＝q2φB＝－8×10－5 J。 课 堂 小 结 通过本节课的学习，可以进一步深化学生对电场这种抽象的物质的存在形式的认识.糟助学生更加深入地理解电场与电荷之间的相互作用，并从做功和能量转化的视角来研究电场的能量属性，进而培养学生的物质观念。 板 书 设 计 第四节　电势能与电势 一、电场力做功 静电力做功的特点：静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。 二、电势能 1.定义：电荷在电场中具有的势能，是与位置有关的物理量。符号：Ep。 2.静电力做功与电势能变化之间的关系： (1)WAB＝EpA－EpB。 (2)静电力做正功，即WAB>0，电势能减少；静电力做负功，即WAB<0，电势能增加。 三、电势 1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 2.公式：φ＝ 3.单位：伏特，符号是V，1 V＝1 J/C。 4.电势的相对性 5.电势是标量，但有正负。 6.沿着电场线的方向电势逐渐降低。 四、等势面 1.定义：电场中电势相同的各点构成的面。 2.等势面的特点 3.四种常见的典型电场的等势面 作业 布置 1.完成教材课后作业：“习题”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课的内容对学生抽象概括、类比迁移和综合应用的能力要求都比较高，故学生在本节课的学习过程中会有一定的困难。在学习电场力做功的特点时，由简至难，设置不同的运动路径，让学生进行分析，为后续处理曲线运动路径时采用将曲线进行无限分割的思想方法做了铺垫，同时让学生进一步体会了利用微元法的极眼思想解决复杂问题的过程，还步提升了学生的科学思维。在引入电势能和电势的概念时，都采用了类比的科学思想方法，帮助学生逐步构建了更为完整的物质观念和能量观念。 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 $