資源簡介

電勢能和電勢 教學(xué)目標(biāo) 1．通過計算在勻強電場中移動電荷靜電力所做的功，認識靜電力做功跟路徑無關(guān)的特點。 2．通過類比重力勢能引入電勢能，體會能量觀點是分析物理問題的重要方法。 3．理解電勢能的變化與靜電力做功的關(guān)系。 4．知道電勢能的定義。知道常見的電勢能零點的規(guī)定方法。 5．通過建立電勢概念的過程理解電勢是從能的角度描述電場的物理量，會并判斷電場中兩點電勢的高低。
教學(xué)重點： 1．電勢能概念的建立。 2．電勢能的變化與靜電力做功的關(guān)系。 3．電勢概念的建立 教學(xué)難點： 1．根據(jù)靜電力做功的特點引入電勢能的概念。 2．比值法定義電勢，理解電勢是電場本身的性質(zhì)。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖
第一課時知識回顧 1、物體做自由落體運動時速度為什么會改變，做平拋運動時呢？ 2、物體動能改變的原因？動能是由什么能轉(zhuǎn)化而來？ 3、重力做功的特點？ 4、帶電體在靜電場中受力的方向怎么判斷？大小如何計算？ 學(xué)生積極思考 已有知識是學(xué)習(xí)本節(jié)知識的基礎(chǔ)，簡要復(fù)習(xí)，易于接下來的教學(xué)活動
問題提出 思考討論書本26頁問題。哪種能量減少導(dǎo)致電荷功能增加？ 什么是能量變化的量度？ 學(xué)生思考 創(chuàng)設(shè)情境，引出研究的問題。培養(yǎng)學(xué)生多角度思考問題的能力，培養(yǎng)其思考解決問題的方向。
規(guī)律探究（電場力做功特點） 1.獲取研究思路 這種能量肯定是因為電場的存在而具有的，能量的變化與靜電力做功密切相關(guān)。所以下面我們可以通過研究靜電力做功來研究電場中的能量。從功入手研究能量是我們一貫的思路。 我們曾經(jīng)學(xué)過兩類力，它們做功的特點不同。一類力做功與路徑無關(guān)，學(xué)過那哪個力是這樣的？重力。一類力做功與路徑有關(guān)，哪個力是這樣的特點？滑動摩擦力。這兩類力做功的特點是不同的，所對應(yīng)的研究方法也不同。所以下面我們來計算靜電力所做的功，看看與電荷運動的路徑有沒有關(guān)系？ 2.證明勻強電場中靜電力做功跟路徑無關(guān) 做一做：在電場強度為E的勻強電場中任取A、B兩點，AB的連線長度為l，與電場強度的方向夾角為θ。把帶正電的試探電荷從A點移動到B點，若試探電荷的電荷量為q，計算下面三種情況下靜電力對電荷所做的功： （1）把q沿直線AB從A點移動到B點； （2）把q沿折線AMB從A點移動到B點； （3）使q沿任意曲線ANB從A點移動到B點。 分析：通過前兩個問題的計算，初步得出結(jié)論——沿不同的路徑把q從A點移動到B點，靜電力做功相同。利用“微元法”的思想，計算第三個問題，得出與前兩問相同的結(jié)果。 結(jié)論：在勻強電場中，不論q經(jīng)由什么路徑從A點移動B點，靜電力所做的功都是一樣的。因此，在勻強電場中移動電荷時，靜電力所做的功只與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。 3.推廣到一般的電場 “靜電力所做的功與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。”這個結(jié)論雖然是從勻強電場得出的，但可以證明對于其他靜電場同樣適用。因為證明超出了高中物理的要求，不做詳細推導(dǎo)。 經(jīng)過科學(xué)論證，形成猜想 按照要求，計算具體情境下電場力做功的大小。并討論分析，得出結(jié)論。 學(xué)生思考。 對問題的推理形成猜想，提高科學(xué)探究能力。 設(shè)計合理科學(xué)探究思路---類比，得到解決問題的方向 具體情境下，結(jié)合學(xué)生已有知識結(jié)構(gòu)，通過學(xué)生自主推導(dǎo)，提升學(xué)生獲取和處理信息的能力，邏輯思維能力。 體會微元法的應(yīng)用，提高數(shù)學(xué)推理能力， 提升學(xué)生對結(jié)果進行交流總結(jié)能力。 從特殊到一般，體現(xiàn)科學(xué)思維中的歸納提升能力
電勢能概念建立 1.之前我們學(xué)過哪個力做功與路徑無關(guān)？ 重力做功同樣與物體運動的路徑無關(guān)，只跟物體下落的高度有關(guān)。 重力做功什么能發(fā)生了變化？ 重力做功時，物體的重力勢能會發(fā)生變化。 類比重力勢能，提出電勢能的概念，得出“靜電力做功等于電勢能的減少量”。 （1）電場力做功，是不是也有某個能量發(fā)生變化了？ 電場中也存在這種由位置決定的能量，我們把這種能量叫做 “電勢能”。 電場力做功和電勢能變化關(guān)系是怎樣的？ 類比重力做功，我們可以推測靜電力所做的功等于電勢能的減少量。這一結(jié)論我們通過能量關(guān)系能否驗證？根據(jù)動能定理，靜電力所做的功等于動能的增加量；根據(jù)能量守恒定律，動能增加量等于電勢能的減少量，所以靜電力所做的功等于電勢能的減少量。 靜電力做功與電勢能的關(guān)系式 靜電力做功和電勢能關(guān)系用式子如何表達？ 如果用WAB表示電荷由A點運動到B點靜電力所做的功，EpA和EpB分別表示電荷在A點和B點的電勢能，它們之間的關(guān)系式為： WAB ＝ EpA － EpB 當(dāng)WAB 為正值時，EpA > EpB，表明靜電力做正功，電勢能減少。 當(dāng)WAB 為負值時，EpA < EpB，表明靜電力做負功，電勢能增加。 電勢能的大小 如何確定電場中某點的電勢能？ 需要確定電勢能零點 大小的確定可以通過電場力做功。 （1）定義 若規(guī)定電荷在B點的電勢能為0，則電荷在A點的電勢能數(shù)值上等于將電荷由A點移動到B點靜電力所做的功WAB。 例題1 如圖，帶正電粒子從A運動到B，分析電場力的功和電勢能的變化。 如果從B運動到A，情況又如何？ 如果粒子帶負電呢？ （2）相對性 類比重力勢能，我們可以知道零勢能位置的選取是任意的。若規(guī)定電荷在A點的電勢能為0，那么電荷在B點的電勢能等于靜電力所做的功WBA：EPB＝WBA。相對不同的零勢能位置，電荷在同一點電勢能的數(shù)值可能是不同的，電勢能的數(shù)值是相對于零勢能位置而言的，因此電勢能具有相對性。對于選定的零勢能位置，電勢能可能有正值和負值。電勢能的正負表示大小。 通常把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為0，或把電荷在大地表面的電勢能規(guī)定為0。 例2 如圖,在場強為E 的勻強電場中，點電荷q=+1c從A移動到B，AB相距L=1m，電場力做功為多少電勢能如何變化？A點電勢能多大？ 例3 有一電荷量q=-3×10-6C的點電荷,從電場中的A點移到B點時,克服靜電力做功6×10-4J,從B點移到C點時靜電力做功9×10-4J.問: 1.以B為零勢能點，電荷A點時的電勢能EPA1是多少 2.如選取C點的電勢能為零,則電荷A點時的電勢能EPA2又是多少 （3）電勢能是電場固有的能量嗎？ 電勢能是相互作用的電荷所共有的，或者說是電荷及對它作用的電場所共有的。我們說某個電荷的電勢能，只是一種簡略的說法。 4.思考與練習(xí) 想一想:在正點電荷形成的電場中，將試探電荷+q和-q分別從A點移動到無窮遠處，靜電力做什么功？電勢能怎樣變化？ 學(xué)生積極思考，通過類比，得出電勢能的概念，并且說出電勢能和電場力做功的關(guān)系。 學(xué)生利用動能定理及能量守恒定律理解存在的電勢能和動能的關(guān)系。 學(xué)生學(xué)習(xí)定義后自己完成練習(xí) 通過思考討論認識到電勢能的大小描述需要定義勢能零點。 積極思考。鞏固對電勢能的理解 知道電勢能可以為正也可以為負 學(xué)生思考，自己分析電勢能不是電場本身固有的 是屬于系統(tǒng)共有的 學(xué)生思考非勻強電場的情況 得出答案 引導(dǎo)學(xué)生得到研究方向，通過類比獲取新的物理觀念。建立能量觀。 訓(xùn)練學(xué)生多角度理解問題本質(zhì)，對電勢能這個能量觀念理解更為全面。 學(xué)以致用，同一情境，改變問題，提高學(xué)生對電勢能的本質(zhì)理解。 類比方法再一次應(yīng)用，讓學(xué)生體會知識學(xué)習(xí)過程的相似性 從勻強電場到非勻強電場，充分讓學(xué)生認識電勢能的本質(zhì)特點
與重力勢能對比加深理解 完成重力勢能與電勢能對比表格 請學(xué)生分組討論小結(jié)本節(jié)課內(nèi)容并總結(jié) 完成表格 利用對比法加深理解
自主小結(jié) 學(xué)生總結(jié)本節(jié)課內(nèi)容 學(xué)生總結(jié)本課內(nèi)容 培養(yǎng)學(xué)生歸納整理知識的能力
第二課時提出問題 歸納屬于電場能的性質(zhì)特點 電場強度是如何定義的？ 否用電勢能來描述電場？ 描述電場能的性質(zhì)的物理量應(yīng)該具有什么特點 電勢能不能描述電場的性質(zhì)，描述電場能的性質(zhì)應(yīng)該與電場本身有關(guān)，與電荷所處電場中的位置有關(guān)。 思考 討論 師生通過討論得出一致觀點，引導(dǎo)學(xué)生形成合理猜想，提升科學(xué)探究能力
找到屬于電場性質(zhì)的物理量 這個物理量到底是什么呢？我們通過一個具體案例來分析一下。 勻強電場中，設(shè)E=2V/m ,沿著電場線 AB距離lAB=2m,帶電體所帶電荷量為q。當(dāng)q不同時，以B為零勢能面，求A點的電勢能： 我們計算發(fā)現(xiàn)，q不同，A點電勢能不同。她們之間有什么聯(lián)系嗎？ 電勢能和q的比值是定值。 那這個比值有沒有什么特殊意義呢？大家分析下符合剛才我們討論得到的性質(zhì)特點嗎？可以用這個物理量表示電場能的性質(zhì)嗎？ 這個物理量定義為電勢。 通過具體案例計算分析數(shù)據(jù) 從具體到一般，鎖定找到的物理量。 設(shè)定具體情境，提供證據(jù)，強化學(xué)生科學(xué)探究過程的證據(jù)意識，基于證據(jù)得出結(jié)論。
電勢特點 與電場力比較 那這個物理量如何定義，數(shù)學(xué)表達式如何寫？單位呢？是標(biāo)量還是矢量？有沒有相對性？前面我們用重力勢能和電勢能做了類比，那么什么物理量可以和電勢做類比呢？電勢又叫做電位，是一個和位置有關(guān)的物理量。和描述電場的另一個物理量電場強度有何異同？ 與高度做類比，理解電勢的特點 完成與電場力比較的表格 多重問題，讓學(xué)生積極參與，而非被動接受，再次滲透類比思想，體會比值法定義物理量。
電勢高低判斷方法 如何比較電勢的高低？ 勻強電場有AB兩點，AB連線與電場線夾角為θ。分析電荷從A點移動到B點過程中電場力做功，電勢能及電勢變化情況。 根據(jù)這三個方面的情況，我們發(fā)現(xiàn)有兩種辦法可以判斷電勢高低。可以通過電場力做功和判斷電勢能的高低。電場力又和電場線相關(guān)，請大家具體說一下如何判斷電勢高低。 剛才的情境中，電勢降低的方向有哪些？哪個方向電勢降低最快？沿著電場線降低是最快的。如果知道場源電荷是不是知道了電場線的分布，電勢高低與離場源電荷的距離有什么關(guān)系？電勢能和電勢有什么關(guān)聯(lián)？ （1）沿電場線 (場強)方向電勢逐漸降低。即電場線指向電勢降低的方向。 （2）場源電荷判斷法：離場源正電荷越近，電勢越高，離場源負電荷越近，電勢越低.若以無窮遠處電勢為零，正點電荷周圍各處的電勢都為正，負點電荷周圍各處的電勢都為負。 （3）電勢能判斷法：正電荷在高電勢處電勢能較大；負電荷在低電勢處電勢能較大. 分析完成表格 分析表格，得出初步結(jié)論 創(chuàng)設(shè)具體情境，針對具體問題，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。 提升模型建構(gòu)能力。
鞏固理解 如圖所示，帶箭頭的線表示某電場的電場線。在電場力作用下，一帶電粒子（不計重力）經(jīng)A點飛向B點，徑跡如圖中虛線所示，試判斷 （1）粒子帶____電； （2）粒子在____點加速度較大； （3）粒子在_____電勢能大； （4）A、B兩點相比，______點的電勢高。 在地球上的物體會受到力的作用，實際上物體也是處于一個重力場之中的，那么同學(xué)們能比較重力場和電場的相同和不同之處嗎？ 勢不可擋，勢不兩立，掎角之勢，審時度勢，趨炎附勢...... 這些詞語中的勢和電勢的勢有沒有某種共同的含義呢？ 學(xué)生練習(xí) 學(xué)生思考，完成對比表格 鞏固之前學(xué)過的知識，進一步理解電場的性質(zhì) 通過進一步對比，再次理解電場這種特殊的物質(zhì)，滲透物質(zhì)觀能量觀等等 從語言出發(fā)，了解勢的概念的哲學(xué)特點，進一步理解電勢。

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