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

1. 电势能和电势（教学设计）

人民教育出版社《普通高中教科书·物理》必修第三册

一、课题基本信息

课题：1. 电势能和电势

教材版本：人民教育出版社《普通高中教科书·物理》必修第三册（2019课标）

册次：必修第三册（第十章 静电场中的能量）

年级：高三年级（高二学年）

课时：1（第十章第1课时）

课型：新授课

教学内容：静电力做功的特点，电势能的概念及其与静电力做功的关系，电势的概念、定义式及其与电场线的关系

二、教材内容分析

本节课是第十章"静电场中的能量"的开篇，承接上一章从力的角度对静电场的描述，转入从能量的角度认识电场。教材首先把电荷在匀强电场中沿不同路径移动时静电力做功的情况与重力做功类比，得出静电力做功与路径无关的特点，为引入电势能提供依据。

在匀强电场中，电荷量为 q 的电荷沿场强方向由 A 移到 B，静电力做功 。该特点对非匀强电场同样成立，即静电力做的功只与电荷的起始位置和终止位置有关，与路径无关。

在静电力做功特点的基础上，教材类比重力势能引入电势能，给出静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减少量。由于电势能随零势能点的选取而变化，具有相对性，教材进一步剥离电荷量的影响，用比值定义法定义电势，突出电势由电场本身决定这一核心思想。

教学时以"重力做功的特点—重力势能"为类比主线，让学生经历"分析做功—引入势能—比较高低—定义电势"的完整过程，体会类比与比值定义两种重要的科学方法。

三、学情分析

学生已学习电场强度，会从力的角度描述电场，并在必修第二册学习了重力做功的特点与重力势能，具备本节课类比学习所需的全部知识基础。

学生对"功是能量转化的量度"有一定认识，但对电场这种看不见摸不着的物质，从能量角度进行抽象描述仍有困难。尤其容易混淆的是：电势能由电荷与电场共同决定，其大小与零势能点的选取有关；而电势由电场本身决定，与是否放入电荷无关。教学中需要通过具体计算和对比分析帮助学生突破。

高二学生具备一定的类比推理能力，但在"为什么用比值定义电势"这一环节容易流于表面，需要教师通过设问层层引导，让学生真正理解比值定义法的意义。

四、教学目标（核心素养导向）

【物理观念】

1. 知道静电力做功与路径无关的特点，知道电荷在电场中具有电势能。

【科学思维】

2. 通过类比重力做功与重力势能，建立静电力做功与电势能变化的关系，会判断电势能的高低变化。

3. 理解电势的定义式及物理意义，体会比值定义法在定义电势中的作用。

【科学探究】

4. 能运用静电力做功与电势能的关系分析电荷在电场中移动时的功能转化问题。

【科学态度与责任】

5. 通过类比方法的运用，感受物理方法的统一之美，养成严谨求实的科学态度。

五、教学重点、难点

教学重点：静电力做功的特点；电势能的概念及静电力做功与电势能变化的关系；电势的概念。

教学难点：电势能的相对性（零势能点的选取）；正、负电荷在电场中移动时电势能变化的判断；对"电势由电场本身决定"的理解。

六、教学准备

多媒体课件（演示匀强电场中电荷沿不同路径移动的动态过程）、学案（含探究留白与课堂练习）、投影设备。

课前要求学生复习必修第二册重力做功的特点与重力势能，完成学案回顾题：物体从高处下落，重力做功与路径有什么关系？重力做功与重力势能的变化有什么关系？

七、教学过程

本课时按"情境导入—新知探究一—新知探究二—例题精讲—课堂练习—小结作业"推进，共45分钟。

环节：情境导入（约5分钟）

教师提出问题链，引导学生回顾：

问题1：功的计算公式是什么？（学生答：W＝Fl cos α）

问题2：物体在重力作用下从高处移动，重力做功有什么特点？（学生答：重力做的功只与物体的起点和终点位置有关，与路径无关；重力做正功时重力势能减少，重力做的功等于重力势能的减少量。）

教师追问：电荷在电场中受到静电力，移动时静电力也会做功。那么静电力做功是否也与路径无关？电荷在电场中是否也具有某种势能？由此引出本节课题。

设计意图：从学生熟悉的重力做功与重力势能出发制造类比预期，激发学生对"电场中能量的描述"的探究欲望，明确本课目标。

环节：新知探究一——静电力做功的特点与电势能（约13分钟）

活动一：分析匀强电场中静电力做功。教师出示情境：在场强为 E 的匀强电场中，把正电荷 q 从 A 点移到 B 点，A、B 连线沿场强方向，长度为 l。

图1 电荷沿不同路径从A点移到B点

教师引导学生沿三条路径分别计算：

（1）q 沿直线从 A 到 B：静电力与位移同向，静电力做的功为：

（2）q 沿折线从 A 到 M、再从 M 到 B：A 到 M 段静电力做功与上式相同，M 到 B 段静电力与位移垂直，不做功，全程静电力做的功仍为：

（3）q 沿任意曲线从 A 到 B：把曲线分成许多很短的小段，每一小段上静电力做的功都等于 qEl 与该小段沿场强方向投影长度的乘积，各小段求和后同样得到上述结果。

类比重力做功（物体沿不同路径下落，重力做的功都等于 mgh），教师归纳结论：在电场中移动电荷时，静电力做的功只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。该特点对非匀强电场同样成立。

设计意图：通过分路径计算与微元求和的思想，让学生自主发现静电力做功与路径无关，为引入电势能扫清障碍，同时体会类比与微元两种方法。