電勢能和電勢教學課件

電勢能和電勢教學課件1

一 教材內容分析

電場力是一種新的性質力，本章前面幾節，對電場力的產生條件、大小和方向，以及部分作用規律（遵循平行四邊形法則，牛頓運動定律等）進行了探究學習。本節進一步研究電場力作用規律——電場力做功及其能量變化規律，就是順理成章的事。從本章的整個教材編寫思路來看，與必修教材幾乎吻合。因此，充分利用學生們學習必修教材時所學到的知識、技能、方法，就顯得十分必要。其實，這也符合高中教學的特點和要求。另一方面，前面幾節，從力的角度探究了電場的性質，本節則從能的角度探究電場的性質。同樣地，這裏依然要發揮好“知識遷移”、“能力遷移”的正作用，充分體驗“學以致用”的學習樂趣。

如果從本章學習要求來看，前者是一條暗線（副線）；而後者是一條明線（主線）。筆者認爲，學習本章時，教師可以做適當調節，使明線暗淡一些，而使暗線明亮一些。衆所周知，能（量）是最爲抽象的概念之一，而靜電場領域裏的能量概念，就尤爲抽象。所以本節知識是本章的難點。

綜上，本節教學設計爲兩個課時，第一課時，探究電場力的做功特點，得出電勢能的概念，並分析電勢能的性質；第二課時，進一步探究（靜）電場的性質，類比匯出電勢概念、分析電勢的性質，瞭解等勢面的概念。

二 教學目標

（一）知識與技能目標

1 認識電場力做功的特點；

2 分析電場力做功引起的能量變化，理解電勢能概念及其性質；

3 知道電勢的定義方法及其定義式，並會使用它分析相關問題；

4 理解“沿着電場線的方向電勢越來越低”的這一結論；

5 知道等勢面，理解等勢面與電場線之間的關係。

（二） 過程與方法目標

透過類比法探究新知識，體驗知識探究過程。

（三） 情感、態度與價值觀目標

滲透從對生活中有關物理現象的觀察，得到物理結論的方法，激發和培養探索自然規律的興趣。

三 知識重難點分析

（一）重點

1 電場力做功特點的分析；

2 電場力做功與能量變化之間關係的理解，以及電勢能的理解；

3 電勢的理解與運用；

4 等勢面的理解。

（二） 難點

1 電場力做功特點與電勢能概念之間關係的理解；

2 電勢能與電勢的辨析；

3 電場線中有關電勢和等勢面性質的理解。

四 教學流程設計

（一）第一課時：電勢能

1 引入新課

教師：我們知道電場力是一種新的性質力，前面幾節課，學習了它的產生條件、大小和方向、以及部分作用規律，例如遵循平行四邊形法則，牛頓運動定律等等。在必修課中，我們還探究了什麼力學概念和規律？

學生：做功，動能定理，機械能守恆定律和能量守恆定律。

教師：很好，現在我們回顧這些方面的知識。請同學們完成下面填空。

（1） 做功的定義是：力對物體所做的功，等於力的大小、位移的大小，和力與位移夾角的餘弦這三者的乘積；公式是：W=Flcosθ ，單位是：焦耳；做功是能量變化的量度；

（2）動能是指由於物體運動所具有的能量，定義式是Ek=1/2mv^2 ；動能定理：力對物體所做的功等於物體動能的變化量；公式爲 W=Ek2-Ek1；

（3）勢能是指相互作用的物體憑藉其位置所具有的能量；

（4）重力做功的特點是：重力對物體所做的功，只跟它的起點和終點的位置有關，與具體路徑無關；重力對物體做功是重力勢能變化的量度，公式是：W=mgh1-mgh2 ；重力勢能的定義式是：Ep=mgh ，重力勢能具有相對性，重力勢能差值具有絕對性。

（5）能量守恆定律：能量既不能產生，也不能消亡，它只能從一個物體轉移給另一物體，或者由一種能量形式轉變爲另一能量形式，而變化過程中總的能量保持不變。

學生：完成上面填空。

設計說明：以上可以作爲課前學案由同學們預習時完成。但建議在課堂引入中，在請學生口頭作答。

教師：這節課，我們研究電場力做功問題，從中我們探究電場力做功的規律。

2 進入新課

教師：給出下面問題，請同學們完成。先做（1）題。

例1 （1）質量爲m的物體從A位置運動到B位置，如圖一所示（重力加速度爲g）。求：① 沿路徑1，重力對物體做功爲多少？②沿路徑2，重力做功又是多少？

（2）帶電量爲q的物體（不計重力）在勻強電場中從A位置運動到B位置，如圖二所示。求① 沿路徑1，電場力對物體做功爲多少？②沿路徑2，電場力做功又是多少？(圖見附課件)

學生：完成練習。

教師：這是一道複習題，大家很容易就完成了。而且從中，我們可以得到重力做功的特點，這個特點是？

學生：重力對物體所做的功，只跟它的起點和終點的位置有關，與具體路徑無關。

教師：結合W=mgh1-mgh2 ，我們知道mgh 表示一種能量，而且是由位置決定的能量，是一種勢能，我們稱之爲重力勢能。因此，我們說：重力做功是重力勢能變化的量度，數學表達式就是W=Ep1-Ep2 。

設計說明：這裏暗含重力做功與路徑無關的特點和建立重力勢能之間的“充要”關係。關於此，教學中可以點到爲止；亦可根據同學們的實際情況，追問：如果重力做功與路徑有關，還能建立重力勢能概念嗎？爲什麼？

學生：再做（2）題。

教師：同學們也完成的很好。同學們肯定體會到了電場力做功特點，這個特點是？

學生：電場力對物體所做的功，只跟它的起點和終點的位置有關，與具體路徑無關。

教師：由W=qEd1-qEd2 ，我們知道 qEd暗含什麼物理量？

學生：是能量，而且是一種勢能。

教師：同學們也給這個勢能取一個名字吧？

學生：電勢能（或電力勢能，或電場力勢能）。

教師：我覺得都可以。但是多讀幾遍，你應該能夠感覺到：電場力勢能和電力勢能音節複雜，而且還有些拗口，所以我們還是揀好一點的名稱：電勢能。同學們再讀讀“重力勢能”和“重勢能”，那個讀起來順溜一些？

學生：嘗試着讀，並品味。

教師：我的感覺是重力勢能好聽一些。命名要講究音律美的，這也是一種藝術美。

教學設計：這是一段插曲，但我認爲這符合教學改革理念。另外，可以幫助消除誤解，從而確定：電勢能和重力勢能同屬於勢能範疇。然而，也同樣爲了避免誤解，教師應該強化下面教學：

教師：電勢能和重力勢能都是勢能範疇，但是：重力勢能，包括彈性勢能都屬於機械能範疇，而電勢能不屬於機械能。

教師：也就是說，電場力做功是什麼的量度？

學生：電勢能變化的量度。

教師：爲此，我們也可以寫成表達式：W=Ep1-Ep2 。爲明確表達始末位置，我們的教材把這個表達式明確表示爲：WAB=EpA-EpB 。

教師：今天我們採用什麼樣的學習方法？

學生：類比學習法。

教師：我們之所以採用了類比學習法，就是因爲電場力做功的特點和重力做功的特點是完全相似的。因此有關重力做功的有些重要結論也可以直接搬到電場力做功中來，比如：重力做正功……？

學生：重力做正功，重力勢能減小；重力做負功，重力勢能增大。

教師：電場力做功呢？

學生：電場力做正功，電勢能減小；電場力做負功，電勢能增大。

教師：重力做功是重力勢能變化的量度……

學生：電場力做功是電勢能變化的量度。

教師：我們說某一點的重力勢能具有什麼性？而任意兩點的重力勢能差值又具有什麼性？

學生：某一點的重力勢能具有相對性；任意兩點的重力勢能差值具有絕對性。

教師：翻譯到電勢能中來……

學生：某一點的電勢能具有相對性；任意兩點的電勢能差值具有絕對性。

教師：所以，爲了確定某一點的電勢能數值，我們應該怎麼做？

學生：選擇一點（位置）作爲零勢能點。

教師：陳述下面問題。

例2 如下圖，選擇A點爲零勢能點，那麼B點的.電勢能怎樣確定？(圖見附課件)

學生：點電荷從B點移動到A點，電場力所做的功在數值上就等於B點的電勢能。

教師：B點的電勢能是確定的嗎？還跟什麼因素有關？

學生：跟點電荷的性質、電荷量的大小，以及電場等因素有關。

教師：通常，電荷在離場源無限遠處或在大地表面上的電勢能規定爲零。

教師：同學們今天的表現都很好！現在請同學們查閱教材，教材給電勢能定義了具體數學表達式沒有？

學生：查閱，沒有。

教師：爲什麼教材不直接定義爲 ？

學生：我們勻強電場情況下得出電場力做功與路徑無關的特點，而這一特點對於一般電場也同樣成立。因此 沒有普遍意義。

設計說明：以上教學設計，把重力做功特點與重力勢能概念提出放在一起，突出重力做功特點與重力勢能概念提出之間的充要關係。然而透過類比，也就能突出電場力做功特點與電勢能之間的邏輯關係。在這裏打破教材的編排次序，我認爲這正好克服了教材編寫上的不足。

3 課堂練習

練習1 在一電荷量 C的點電荷，從電場中的A點移到B點時，克服電場力做功 J,從B點移到C點時電場力做功 J。問：

（1） 以B點爲零勢能點，電荷在A點時的電勢能 是多少？

（2） 以C點爲零勢能點，電荷在A點時的電勢能 又是多少？

練習2 將一個 點電荷從無限遠處移動到右圖所示的電場中的A點，電荷的電勢能爲 ，問此過程中電場力做功多少？（見課件）

練習3 圖甲是等量異號電荷的電場線分佈圖，乙是等量同號電荷的電場線分佈圖。AOB是兩點電荷的連線的垂直平分線，O點是連線的中點。

（1） 在甲圖中，把單位正電試探電荷從O點沿OA移動到無限遠處，電場力是否做功？電勢能是否變化？怎樣變化？

（2） 在乙圖中，把單位正電試探電荷從O點沿OA移動到無限遠處，電場力是否做功？電勢能是否變化？怎樣變化？

4 結束新課。

電勢能和電勢教學課件2

一【教材分析】

本節內容爲物理選修3－1中第一章靜電場中第四節的教學內容，它處在電場強度之後，位於電勢差之前，起到承上啓下的作用。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，推知在勻強電場中靜電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，並與重力勢能類比，說明電荷在電場中也是具有電勢能。靜電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值，因此有必要規定電勢能零點。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。

二【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、電勢能與靜電力做功的關係。

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、電勢能的關係。

瞭解電勢與電場線的關係，瞭解等勢面的意義及與電場線的關係。

2．過程與方法

透過與前面知識的結合，理解電勢能與靜電力做的功的關係，從而更好的瞭解電勢能和電勢的概念。

培養對知識的類比能力，以及對問題的分析、推理能力。

透過學生的理論探究，培養學生分析問題、解決問題的能力。培養學生利用物理語言分析、思考、描述概念和規律的能力。

3．情感、態度與價值觀

嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產、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學生學習興趣，培養學生靈活運用知識和對科學的求知慾。

利用等勢面圖象的對稱美，形態美以獲得美的享受、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鑑別力。

在研究問題時，要培養突出主要矛盾，忽略次要因素的思維方法。

三【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係，並能用此解決相關問題。

四【學情分析】

透過對必修內容的學習，學生對功的計算，重力做功的特點，重力做功與重力勢能變化的關係，能量守恆定律等內容已相當熟悉，具備了學習本節內容的知識前提，但建立起電勢能的概念對學 生來說相對比較困難的，因爲電場的概念特別抽象，特別是從力與能量

兩條線上同時研究電場，讓學生感到有點“力不從心” ，知識遷移及靈活運用是學生學習 過程中要跨越的一個臺階.

五【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

六【課時安排】 2課時

七【教學過程】

複習匯入：

力對物體做功：W=FLcosθ（只適用於恆力做功）

θ〈900 正功 物體能量增加

0 θ〉90 負功 物體能量減小

θ=900 不做功 物體能量不變化

新課教學：

1．靜電力做功的特點

結合課本圖1。4-1（右圖）分析試探電荷q在場強爲E的均強電場中沿不同路徑從A運動到B電場力做功的情況。

（1） q沿直線從A到B W=FL

（2） q沿折線從A到M、再從M到B

W=WAM+WMB=F|AO|+F|OB|cos900= FL

（3） q沿任意曲線線A到B（微元法）將曲線分爲段，每一小段都可認爲是直線，則：

W=W1+W2++Wn= ni=1Flicosθi=FLcosθ

【結論】：在任何電場中，靜電力移動電荷所做的功，只與始末兩點的位置有關，而與電荷的運動路徑無關。

與重力做功類比，引出：

2．電勢能(Ep):

（1） 電勢能：由於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，這種勢能叫做電勢能。(描述性定義)

（2） 靜電力做功與電勢能變化的關係：

靜電力做的功等於電勢能的變化量

表達式：WABEPAEPB 普適式（適用於各種電場）

　注意：

①．電場力做正功，電荷的電勢能減小；電場力做負功，電荷的電勢能增加

②．電場力力做多少功，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，而它們的總量保持不變。

③．在正電荷產生的電場中正電荷在任意一點具有的電勢能都爲正，負電荷在任 一點具有的電勢能都爲負。

（3） 空間中某點電勢能Ep的確定：

① 規定零勢能點：通常規定無限遠處電勢能爲0或大地電勢能爲0。

② 電荷在某點的電勢能，等於把它從這點移動到零勢能點時靜電力做的功 nWABEPAEPB 則如規定B爲零勢能點，EpA=WAB

(4)電勢能的正負:

電勢能是標量，但有正負，正負代表大小

（5）電勢能的相對性：空間中某點電勢能的大小依賴於0勢能點的選取

（6）電勢能的系統性：電勢能是電荷與電場共有的能量

EpA=WAB= FL= qEL

合作探究：課本16頁思考與討論

建立電勢能的概念爲什麼要討論靜電力做功問題，各種勢能都是空間點的函數，即一個點對應一個確定的值，如果做不到就不可能定義某種勢能。分析某種力做功的特點就能知道是否“一個點對應一個確定的值”。

3、電勢

規定B點的電勢能爲0，則EpA=WAB= FL= qEL

同理改變試探電荷 EpA= WAB= FL=

2qEL

EpA= WAB=

FL= nqEL

EpA/q是恆定的，與試探電荷無關

（1）、 定義：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，叫做這一點的電勢。用表示。

（2）表達式：Ep

q （比值定義法）

（3）單位：伏特（V）

（4）標量，只有大小，沒有方向，但有正負。

（5）相對性：空間某點電勢的大小依賴於0電勢點的選取（通常選無限遠或大地電勢爲0）

（6）沿電場線電勢降低

（7）功W、電勢能Ep、電勢φ的正負問題：

三者都是標量但都有正負，電勢能Ep、電勢φ的正負代表大小；而功W的正負不代表大小，只代表了能量的傳遞方向。

4、等勢面

⑴．定義：電場中電勢相等的點構成的面

⑵．等勢面的性質：

①．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，電場力不做功 ②．電場線跟等勢面一定垂直，並且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。 ③．等勢面越密，電場強度越大

③ 等勢面不相交，不相切.