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電勢能與電勢教案

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1、“電勢能與電勢”教學(xué)設(shè)計 【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到對新知識的探究,同時讓學(xué)生就具體的物理知識遷移埋下思維鋪墊。 教材從電場對電荷做功的角度出發(fā),推知在勻強電場中電場力做功與移動電荷的路徑無關(guān)。進而指出這個結(jié)論對非勻強電場也是適用的,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,而不能決定電荷在電場中某點的電勢能的數(shù)值,因此有必要規(guī)定電勢能零點。對學(xué)生能力的提高和對知識的遷移、靈活運

2、用給予了思維上的指導(dǎo)作用。 【教學(xué)目標】 1.知識與技能 理解靜電力做功的特點、電勢能的概念、電勢能與電場力做功的關(guān)系。 理解電勢的概念,知道電勢是描述電場的能的性質(zhì)的物理量。 明確電勢能、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 通過與前面知識的結(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。 培養(yǎng)對知識的類比能力,以及對問題的分析、推理能力。 通過學(xué)生的理論探究,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生利用物理語言分析、思考、描述概念和規(guī)律的能力。 3.情感、態(tài)度與價值觀

3、嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)、生活相關(guān)的實際問題,增強科學(xué)探究的價值觀。利用知識類比和遷移激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生靈活運用知識和對科學(xué)的求知欲。 利用等勢面圖象的對稱美,形態(tài)美以獲得美的享受、美的愉悅,自己畫圖,在學(xué)習(xí)知識的同時提高對美的感受力和鑒別力。 在研究問題時,要培養(yǎng)突出主要矛盾,忽略次要因素的思維方法。 【教學(xué)重點和難點】 1.重點 理解掌握電勢能、電勢、等勢面的概念及意義。 2.難點 掌握電勢能與做功的關(guān)系,并能用此解決相關(guān)問題。 【教學(xué)課時】 2課時 【實驗器材準備】 掛圖 【教學(xué)方法】 理論、類比探究、分析歸納、討論分析、應(yīng)用舉例、體驗探究

4、【教學(xué)過程】 復(fù)習(xí)前面相關(guān)知識。 1.靜電力,電場強度概念,指出前面我們從力的性質(zhì)研究電場,從本節(jié)起將從能量的角度研究電場。 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試探電荷獲得動能入手,提出問題:是什么轉(zhuǎn)化為試探電荷的動能? 引入新課。 第四節(jié)、電勢能和電勢 一、靜電力做功的特點 讓試探電荷q在電場強度為E的勻強電場中沿幾條不同路徑從A點運動到B點,我們來計算這幾種情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| 分析三種情

5、況下的做功的數(shù)據(jù)結(jié)果,結(jié)合具體的問題情景,從中找到共同點和不同點,聯(lián)系前面所學(xué)的知識,歸納得出相關(guān)的物理知識。從中發(fā)現(xiàn)問題和知識結(jié)論。 結(jié)論:靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關(guān),與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。 拓展:該特點對于非勻強電場中也是成立的。 二、電勢能 尋找類比點:力做功只與物體位置有關(guān),而與運動路徑無關(guān)的事例在物理中有哪些呢?屬于什么能? (移動物體時重力做的功與路徑無關(guān)同一物體在地面附近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?我們可以給它一個物理名稱嗎? 1.電勢能:由于移動電荷時靜電力做功與移動的路徑無關(guān),電荷在電場中也具

6、有勢能,這種勢能我們叫做電勢能。電勢能用Ep表示。 【思考與討論】 如果做功與路徑有關(guān),那能否建立電勢能的概念呢? 2.討論:靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系 通過知識的類比,讓學(xué)生能從中感受到新知識的得出也可以通過已有獲取。 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,電勢能與動能相互轉(zhuǎn)化,而他們總量保持不變。 WAB=-(EpB-EpA)=EpA-EP 【思考討論】對不同的電荷從A運動到B的過程中,電勢能的變化情況: 正電荷從A運動到B做正功,即有WAB>0,則EpA>EpB,電勢能減少。 ●正電荷順著

7、電場線的方向其電勢能逐漸減少。 負電荷從A運動到B做正功,即有WAB<0,則EpA>EpB,電勢能增加。 ●負電荷順著電場線的方向其電勢能逐漸降低。 對此分析得出:電勢能為系統(tǒng)所有,與重力勢能相類似。 3.求電荷在某點處具有的電勢能 問題討論:在上面討論的問題中,請分析求出A點的電勢能為多少? 學(xué)生思考后無法直接求出,不妨就此激勵學(xué)生,并提出類比方法。 類比分析:如何求出A點的重力勢能呢?進而聯(lián)系到電勢能的求法。 則 EpA=WAB (以B為電勢能零點) 電荷在某點的電勢能,等于靜電力把它從該點移動到零勢能位置撕所做的功。 4.零勢能面的選

8、擇 通常把電荷離場源電荷無限遠處的電勢能規(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兩點具有的電勢能高低。 將電荷由A點移動到B點,根據(jù)靜電力做功情況判斷。 若靜電力做功為正功,電勢能減少,電荷在A點電勢能大于在B點的電勢能。反之靜電力做負功,電勢能增加,電荷在A點電勢能小于在B點的電勢能 弄清正、負電荷在電場中電勢能的不同特點,判斷其做功特點再進行判斷。 通過對不同內(nèi)容的拓展,引導(dǎo)學(xué)生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,同時能正確認識到在分析問題時還應(yīng)該思考問題的不同側(cè)面,達到對問題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散能力,

9、達到對物理學(xué)習(xí)全面化的探究要求。 三、電勢 我們通過靜電力的研究認識了電場強度,現(xiàn)在要通過電勢能的研究來認識另一個物理量──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。 如何來表征這個相同的量呢? 讓學(xué)生很快能想到用比值定義法來定義物理量,對知識活學(xué)活用。 上面討論的是特殊情況,下面我們來討論一般情況:(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,所以這個比值一般是不同的。 電荷在電場中某一點的電勢能

10、與它的電荷量的比值,是由電場中這點的位置決定的,跟試探電荷本身無關(guān)。 得出結(jié)論后,引導(dǎo)學(xué)生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的電勢能與他的電荷量的比值,叫做這一點的電勢。用φ表示。 表達式:φ=Ep/q (與試探電荷無關(guān)) 2.電勢是標量,它只有大小沒有方向,但有正負。 3.單位:伏特(V) 1V=1J/C 物理意義:電荷量為1C的電荷在該點的電勢能是1J,則該點的電勢就是1V。 以上結(jié)論由學(xué)生得出,自己能用所學(xué)知識進行簡單的描敘,培養(yǎng)相關(guān)應(yīng)用歸納知識的能力。 思索:如何來判斷電勢的高低呢? 讓學(xué)生明白:根據(jù)靜電力做功的正負,判斷電勢能的

11、變化,進而判定電勢的高低?,F(xiàn)通過具體情景來進行分析。 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。 與電勢能相似,我們知道Ep有零勢能面,因此電勢也具有相對性。 引導(dǎo)學(xué)生得出:應(yīng)該先規(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的電勢。 5.零電勢位置的規(guī)定:電場中某一點的電勢的數(shù)值與零電勢的選擇有關(guān),即電勢的數(shù)值決定于零電勢的選擇。因此電勢有正負之分,是由于其零電勢的選擇決定。 通常以大地或無窮遠默認為零。 與零電勢能的位置規(guī)定是否有相似之處呢? 與知識進行類比,從前面的結(jié)論中領(lǐng)會到知識的相通性,能對知識進行類比應(yīng)用。 【思考與討論

12、】參看書上的問題進行思考與討論,然后思考若是q當(dāng)做負電荷來進行研究,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高低。今天我們學(xué)習(xí)了電勢的知識后,那我們可以用什么來表示電勢的高低呢? 學(xué)生:在電場中常用等勢面來表示電勢的高低。 1.等勢面:電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面。 【體驗性實踐】尋找等勢面:找正點電荷和帶電平行金屬板中的等勢面。 通過體驗性實踐活動,讓學(xué)生明白到如何去尋找等勢面,達到對后續(xù)結(jié)論探究創(chuàng)設(shè)前置氛圍。 觀看掛圖,從中尋找不同電場中等勢面的不同和相同點,進行合理猜想。 2.等勢面與電場線的關(guān)系 ⑴在同一等勢面上各點電勢相等,所以在同一

13、等勢面上移動電荷,靜電力不做功。 WAB=EpA-EPb=qφA-qφB=0 討論:什么情況下會出現(xiàn)力做功為零的情況? 引導(dǎo)分析得出:F⊥v ⑵電場線跟等勢面一定垂直,即跟電場強度的方向垂直。 引導(dǎo)學(xué)生用反證法達到證明的目的,加深對知識點的應(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,可得出結(jié)論。 ⑶等勢面越密,電場強度越大。 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

14、法:先測繪出等勢面的形狀和分布,再根據(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情況了。 【體驗性實驗】測繪兩個異種點電荷的靜電場分布。 加強體驗性實驗的教學(xué),讓學(xué)生形成深刻印象,達到對知識應(yīng)用能力的提高。 【板書設(shè)計】 第四節(jié)、電勢能和電勢 一、靜電力做功的特點 結(jié)論:靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關(guān),與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。 二、電勢能 1.電勢能:由于移動電荷時靜電力做功與移動的路徑無關(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.討論:靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系 WAB= -(EpB-EpA)=EpA-EPB

15、 3.求電荷在某點處具有的電勢能 4.零勢能面的選擇 三、電勢 1.定義:φ=EP/q 2.電勢是標量,它只有大小沒有方向,但有正負。 3.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。 4.零電勢位置的規(guī)定。 四、等勢面 1.等勢面:電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面。 2.等勢面與電場線的關(guān)系 3.應(yīng)用等勢面:由等勢面描繪電場線 【體驗性實驗】測繪兩個異種點電荷的靜電場。 【教學(xué)反思】 通過實踐教學(xué),重在讓學(xué)生有對比的觀點去學(xué)習(xí)物理知識。課中多次用到類比的物理思想,讓學(xué)生對知識有更多的牽連,能對前面的知識達到靈活的應(yīng)用,牽帶多種方法學(xué)習(xí)物理知識,同時也反映出了選修3-1的設(shè)計思想。

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