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選修3－1“電勢能與電勢”教學設計 江蘇省無錫市玉祁中學　高金華 【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。進而指出這個結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。對學生能力的提高和對知識的遷移、靈活運用給予了思維上的指導作用。 【教學目標】 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系。 理解電勢的概念，知道電勢是描述電場的能的性質的物理量。 明確電勢能、電勢、靜電力的功、電勢能的關系。 了解電勢與電場線的關系，了解等勢面的意義及與電場線的關系。 2．過程與方法 通過與前面知識的結合，理解電勢能與靜電力做的功的關系，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。 通過學生的理論探究，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。培養(yǎng)學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 嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)、生活相關的實際問題，增強科學探究的價值觀。利用知識類比和遷移激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生靈活運用知識和對科學的求知欲。 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，在學習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系，并能用此解決相關問題。 【教學課時】 2課時 【實驗器材準備】 掛圖 【教學方法】 理論、類比探究、分析歸納、討論分析、應用舉例、體驗探究 【教學過程】 復習前面相關知識。 1．靜電力，電場強度概念，指出前面我們從力的性質研究電場，從本節(jié)起將從能量的角度研究電場。 2．復習功和能量的關系：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| 分析三種情況下的做功的數(shù)據(jù)結果，結合具體的問題情景，從中找到共同點和不同點，聯(lián)系前面所學的知識，歸納得出相關的物理知識。從中發(fā)現(xiàn)問題和知識結論。 結論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關。 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，而與運動路徑無關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，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，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。 【思考與討論】 如果做功與路徑有關，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系 通過知識的類比，讓學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？ 學生思考后無法直接求出，不妨就此激勵學生，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，引導學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該思考問題的不同側面，達到對問題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散能力，達到對物理學習全面化的探究要求。 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？ 讓學生很快能想到用比值定義法來定義物理量，對知識活學活用。 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。 得出結論后，引導學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） 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。 以上結論由學生得出，自己能用所學知識進行簡單的描敘，培養(yǎng)相關應用歸納知識的能力。 思索：如何來判斷電勢的高低呢？ 讓學生明白：根據(jù)靜電力做功的正負，判斷電勢能的變化，進而判定電勢的高低。現(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。 引導學生得出：應該先規(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，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，從前面的結論中領會到知識的相通性，能對知識進行類比應用。 【思考與討論】參看書上的問題進行思考與討論，然后思考若是q當做負電荷來進行研究，其結果是否一樣呢？ 四、等勢面 在地理課上常用等高線來表示地勢的高低。今天我們學習了電勢的知識后，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，讓學生明白到如何去尋找等勢面，達到對后續(xù)結論探究創(chuàng)設前置氛圍。 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系 ⑴在同一等勢面上各點電勢相等，所以在同一等勢面上移動電荷，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。 引導學生用反證法達到證明的目的，加深對知識點的應用。 而沿著電場線的方向，電勢越來越低。 歸納總結可得出：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，結合電場線的特點，可得出結論。 ⑶等勢面越密，電場強度越大。 ⑷等勢面不相交、不相切。 3．應用等勢面：由等勢面描繪電場線 方法：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，讓學生形成深刻印象，達到對知識應用能力的提高。 【板書設計】 第四節(jié)、電勢能和電勢 一、靜電力做功的特點 結論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關。 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，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系 WAB＝ －（EpB－EpA）＝EpA－EPB 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成的面。 2．等勢面與電場線的關系 3．應用等勢面：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。 【教學反思】 通過實踐教學，重在讓學生有對比的觀點去學習物理知識。課中多次用到類比的物理思想，讓學生對知識有更多的牽連，能對前面的知識達到靈活的應用，牽帶多種方法學習物理知識，同時也反映出了選修3－1的設計思想。 2006-11-27原創(chuàng)作品