10.1 电势能和电势 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦电势能和电势核心知识，通过回顾电场力性质（电场强度）引出电场能性质，类比重力场中重力做功与重力势能，搭建从力到能的认知支架，衔接旧知与新知。 此资料以类比教学为特色，通过重力场与电场规律迁移，培养科学思维中的模型建构与逻辑推理能力，如推导静电力做功与路径无关时，分直线、折线、曲线三种路径引导学生自主归纳。分层互动设计兼顾不同学生，基础问题面向全体，推导问题小组讨论，落实科学探究中的交流要素。多角度突破难点，用电场线、做功、公式法区分正负电荷电势能变化，帮助学生直观理解抽象概念，为教师提供清晰教学思路，提升课堂效率与学生科学素养。

《电势能和电势》教学设计 一、基本信息 1. 学科：高中物理 1. 教材版本：人教版高中物理必修第三册 1. 课时：1 课时（45 分钟） 1. 课题：第十章第一节 电势能和电势 1. 授课对象：高二年级学生 二、学科素养目标 （一）物理观念 1. 通过类比重力场重力做功、重力势能，建立电场中静电力做功、电势能的认知模型，形成电场能的性质物理观念； 1. 理解电势是描述电场能属性的物理量，区分电场强度（力性质）与电势（能性质），能运用分析电势能、电势变化规律。 （二）科学思维 1. 运用类比推理方法，将重力场规律迁移至电场，推导静电力做功与路径无关的结论，培养模型建构、逻辑推理能力； 1. 结合电场线、公式多角度判断电势高低、电势能大小，能分正负电荷讨论能量变化，训练分类讨论、定量计算的科学思维。 （三）科学探究 1. 通过匀强电场中电荷沿直线、折线、曲线移动的理论推导探究，自主归纳静电力做功特点，体验 “猜想 — 推导 — 总结” 的探究流程； 1. 借助情景设问、随堂习题探究，自主总结电势、电势能的多种判断方法，提升证据推理、归纳总结的探究能力。 （四）科学态度与责任 1. 体会物理规律内在的对称美（重力场与电场类比），感受物理知识统一、简洁的特点； 1. 理解电势能、电势相对性源于零势能点选取，建立 “物理量具有参考标准” 的严谨科学思维，养成规范解题、严谨分析的学习习惯。 三、教学重难点 重点 1. 静电力做功特点、静电力做功与电势能变化的关系； 1. 电势的定义、电势与电势能的区别与联系； 1. 沿电场线电势降低的核心规律。 难点 1. 区分正负电荷移动时电势能、电势的变化规律； 1. 理解电势仅由电场本身决定，与试探电荷无关； 1. 电势能、电势的相对性，零势能参考点的选取逻辑。 四、教学准备 多媒体 PPT 课件、匀强电场示意图、重力场对比示意图、课堂随堂练习题单 五、教学过程（45 分钟） 环节一：情景导入，回顾旧知（5 分钟） 教师活动 1. 展示电场基础设问，依次抛出 3 个问题： Q1：电场最基本的性质是什么？ Q2：描述电场力的性质用哪个物理量？ Q3：电荷在电场中受电场力发生位移，电场力会做功，伴随能量转化，这种能量是什么？ 1. 引导学生回忆重力场做功、重力势能知识，提出类比思路：重力场有重力势能，电场中是否存在对应的能量？ 师生互动 师：谁能回答第一个问题，电场的基本特性？ 生 1：电场对放入其中的电荷有力的作用。 师：很好，我们用电场强度 E 描述电场力的性质，那电场除了 “力” 的性质，有没有能量相关的性质？电荷移动时电场力做功，能量如何变化？ 生 2：力做功会有能量变化，重力做功对应重力势能变化，电场力做功应该对应一种电场相关的能量。 师：类比重力势能，今天我们就学习电场中特有的能量 —— 电势能，以及描述电场能性质的物理量：电势。 板书课题：电势能和电势 环节二：类比探究 —— 静电力做功特点（12 分钟） 教师活动 1. 复习重力做功两大特点：与路径无关、重力做功改变重力势能； 1. 出示匀强电场模型，分三种路径演示电荷移动：①直线 AB ②折线 AMB ③任意曲线；分步推导三种路径下静电力做功表达式； 1. 组织学生分组计算、对比三种路径做功大小，引导总结规律； 1. 演示正电荷沿电场线运动情景，结合动能定理分析能量转化。 师生互动 师：先回忆重力做功有什么特点？全班一起说。 全体学生：重力做功只和初末高度差有关，和路径无关。 师：那电场力做功会不会有相同规律？我们以匀强电场中 q 从 A 到 B 为例，先看直线运动，做功W=qE·|AM|，AM 是沿电场线的距离。如果走折线 MB 垂直电场线，电场力不做功，总功还是 qEd；曲线可以拆成无数小段，总功不变。大家小组讨论 1 分钟，总结静电力做功特点。 （学生小组讨论） 生 3：静电力做功只和初末位置有关，和走直线、曲线没关系。 师：总结到位！那正电荷从 A 向 B 顺电场线移动，电场力做正功，动能增加，能量从哪转化而来？ 生 4：电势能转化为动能，和物体下落重力势能变动能一样。 师：反过来，如果外力逆着电场线移动正电荷，电场力做负功，动能减少，电势能增加。这就是电场力做功和电势能变化的关系。 环节三：新知讲授 —— 电势能（10 分钟） 教师活动 1. 给出电势能定义：电荷在电场中由位置决定的能量；推导公式 1. 分两种情况讲解做功与势能变化：，电势能减少；，电势能增加； 1. 讲解电势能三大性质：系统性、相对性、标量性；说明零势能点常规选取（无穷远、大地）； 1. 例题推导：匀强电场 O 点零势能，求 A 点正电荷 q 的电势能。 师生互动 师：公式，怎么理解？ 生 5：从 A 到 B 电场力做多少功，电势能就减少多少。 师：非常准确！那电势能能不能单独属于电荷？能不能只属于电场？ 生 6：不能，是电场和电荷共有的。 师：这就是系统性。电势能数值固定吗？如果我换一个零势能点，数值会变吗？ 全体学生：会变，所以具有相对性。 师：电势能有正负，代表方向吗？ 生 7：不代表方向，只是大小比较，属于标量。 师：现在我们看例题，O 点电势能为 0，把电荷从 A 移到 O，电场力做功，所以，说明某点电势能等于移到零势能点电场力做的功。 【例1】如图，在场强的匀强电场中，点电荷q=+1C从A移动到B，AB相距L=1m，电场力做功为多少？电势能如何变化？电荷在B点具有的电势能多大？ 解析： 环节四：概念升华 —— 电势（8 分钟） 教师活动 1. 设问：的比值和试探电荷 q 有关吗？通过推导得出比值仅由位置决定，引出电势定义； 1. 板书电势定义式，单位伏特，； 1. 讲解电势相对性、物理意义；分三类方法讲解电势高低判断； 1. 结合公式，区分正负电荷电势能随电势变化规律。 师生互动 师：我们刚才算出 A 点电势能，如果换一个 2q 的电荷，电势能变成 ，比值不变，说明这个比值只和电场位置有关，这个物理量叫电势。 师：电势由谁决定？试探电荷会改变某点电势吗？ 生 8：由场源电荷决定，换试探电荷，电势不变。 师：最快捷判断电势高低的方法是什么？ 生 9：沿电场线方向电势逐渐降低。 师：那同一位置，电势 φ 固定，正电荷和负电荷电势能一样吗？举例子：φ>0，正电荷，负电荷，说明什么规律？ 生 10：电势越高，正电荷电势能越大，负电荷电势能越小。 【例2】将一电量为q=2×10−6C的点电荷从电场外一点P移至电场中某点A， 电场力做功4×10−5J，求A点的电势。 环节五：随堂练习，巩固提升（7 分钟） 教师活动 发放三道随堂练习题，学生独立完成后逐题讲解，针对易错点拆解思路。 1．如图所示，正电荷q在匀强电场E中分别沿直线AB、折线AMB运动。已知AB间的距离为l，AM间的距离为d。AM方向平行于电场线，BM方向垂直于电场线。关于静电力做功的值，下列说法正确的是（　　） A．电荷沿直线AB运动时，静电力做功为qEl B．电荷沿直线AB运动时，静电力做功为qEd C．电荷沿折线AMB运动时，静电力做功为0 D．电荷沿折线AMB运动时，静电力做功为qEl 答案：B 2．下列关于电势高低的判断正确的是（       ） A．正电荷从A点移到B点时，其电势能增加，A点电势一定较高 B．正电荷只在电场力作用下从A点移到B点，A点电势一定较高 C．负电荷从A点移到B点，克服电场力做功，A点电势一定较高 D．负电荷从A点移到B点，电势能增加，A点电势一定较低 答案C 3.图中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M点，再经过N点，可以判定（     ） A．M点的电势高于N点的电势 B．M点的场强大于N点的场强 C．粒子在M点的速度大于在N点的速度 D．粒子在N点的电势能大于在M点的电势能 答案：A 师生互动 第 1 题：判断不同路径电场力做功大小 师：这道题核心考点是什么？ 生：静电力做功与路径无关，只看沿电场线距离。 第 2 题：电势高低判断（负电荷移动克服电场力做功） 师：克服电场力做功，电场力做负功，电势能怎么变？负电荷电势能变大，对应电势？ 生：电势更低，所以 A 点电势更高，选 C。 第 3 题：电场线、轨迹结合判断电势、场强、速度、电势能 师：粒子带正电，沿电场线电势降低，M、N 哪个电势高？ 生：M 点电势高于 N 点。 环节六：课堂小结（3 分钟） 师生共同梳理三大核心知识点： 1. 静电力做功特点； 1. 电势能定义、做功与势能变化关系、四大性质； 1. 电势定义、判断电势与电势能的方法。 六、板书设计 10.1 电势能和电势 一、静电力做功 1. 特点：只与初末位置有关，与路径无关 1. 关系： 正功→电势能减小；负功→电势能增加 二、电势能 1. 定义：电荷在电场中位置决定的能量 1. 性质：系统性、相对性、标量（有正负无方向） 1. 零势能参考：无穷远、大地 三、电势 1. 定义： 单位：V 1. 意义：描述电场能的性质，与试探电荷无关 1. 判断：沿电场线电势降低 1. 关系式： 七、教学反思 （一）课堂亮点 1. 类比教学降低认知难度 本节课以重力场为模型进行迁移教学，学生已经熟练掌握重力做功、重力势能知识，通过一一对应类比，顺利建立电势能、电势的认知框架，降低抽象电场能概念的理解门槛。课堂互动中学生能主动自主推导规律，逻辑推理素养得到有效落实。 1. 分层师生互动，全员参与课堂 课堂设置分层提问：基础回忆类问题面向全体学生，规律推导类问题交给小组讨论，综合判断习题交由中等、优等生作答。兼顾基础薄弱学生巩固旧知，同时让学有余力学生锻炼逻辑分析，课堂参与度高，学生主动发言积极性强。 1. 多角度拆解难点，突破认知误区 针对正负电荷电势能变化易混淆的难点，采用 “电场线法 + 做功法 + 公式法” 三重判断方式，结合例题分步推导，把抽象的正负符号运算具象化，多数学生能区分正、负电荷在电势高低处的电势能大小关系，落实科学思维素养。 （二）课堂存在不足 1. 理论推导偏多，缺少具象实验支撑 本节课仅依靠 PPT 示意图、公式推导，没有静电场演示实验，抽象程度较高，少数基础薄弱学生只能机械记忆公式，无法直观感知电势能变化，对电势 “仅由电场决定” 理解不够透彻。 1. 相对性知识点讲解不够透彻 零势能点选取仅简单说明无穷远和大地，未举例对比不同零势能点下同一位置电势、电势能数值变化，部分学生仍误以为电势、电势能存在固定不变的绝对数值。 （三）改进措施 1. 补充简易静电演示实验 下次授课增加验电器、平行板匀强电场演示教具，直观展示电荷移动时电场力作用效果，可视化能量变化，帮助具象思维较弱的学生建立物理模型。 1. 增设对比例题突破相对性难点 增加拓展例题：分别选取无穷远、B 点为零势能点，计算 A 点电势与电势能，通过数值对比直观展示电势、电势能的相对性，明确只有电势差不存在相对性，完善知识体系。 学科网（北京）股份有限公司 $