電勢(shì)能和電勢(shì)教學(xué)設(shè)計(jì)
電場(chǎng)力做功的過(guò)程就是電勢(shì)能的變化量，而不能決定電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢(shì)能零點(diǎn)。下面是小編收集整理的電勢(shì)能和電勢(shì)教學(xué)設(shè)計(jì)，希望對(duì)您有所幫助！
【教材分析】
本節(jié)內(nèi)容為物理選修3－1中第一章靜電場(chǎng)中第四節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，它處在電場(chǎng)強(qiáng)度之后，位于電勢(shì)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(lèi)比的方法達(dá)到對(duì)新知識(shí)的探究，同時(shí)讓學(xué)生就具體的物理知識(shí)遷移埋下思維鋪墊。
教材從電場(chǎng)對(duì)電荷做功的角度出發(fā)，推知在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功與移動(dòng)電荷的路徑無(wú)關(guān)。進(jìn)而指出這個(gè)結(jié)論對(duì)非勻強(qiáng)電場(chǎng)也是適用的，并與重力勢(shì)能類(lèi)比，說(shuō)明電荷在電場(chǎng)中也是具有電勢(shì)能。電場(chǎng)力做功的過(guò)程就是電勢(shì)能的變化量，而不能決定電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢(shì)能零點(diǎn)。對(duì)學(xué)生能力的提高和對(duì)知識(shí)的遷移、靈活運(yùn)用給予了思維上的指導(dǎo)作用。
【教學(xué)目標(biāo)】
1．知識(shí)與技能
·理解靜電力做功的特點(diǎn)、電勢(shì)能的概念、電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系。
·理解電勢(shì)的概念，知道電勢(shì)是描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量。
·明確電勢(shì)能、電勢(shì)、靜電力的功、電勢(shì)能的關(guān)系。
·了解電勢(shì)與電場(chǎng)線的關(guān)系，了解等勢(shì)面的意義及與電場(chǎng)線的關(guān)系。
2．過(guò)程與方法
·通過(guò)與前面知識(shí)的結(jié)合，理解電勢(shì)能與靜電力做的功的關(guān)系，從而更好的了解電勢(shì)能和電勢(shì)的概念。
·培養(yǎng)對(duì)知識(shí)的類(lèi)比能力，以及對(duì)問(wèn)題的分析、推理能力。
·通過(guò)學(xué)生的理論探究，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生利用物理語(yǔ)言分析、思考、描述概念和規(guī)律的能力。
3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀
·嘗試運(yùn)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(shí)際問(wèn)題，增強(qiáng)科學(xué)探究的價(jià)值觀。利用知識(shí)類(lèi)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(yùn)用知識(shí)和對(duì)科學(xué)的求知欲。
·利用等勢(shì)面圖象的對(duì)稱(chēng)美，形態(tài)美以獲得美的享受、美的愉悅，自己畫(huà)圖，在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)提高對(duì)美的感受力和鑒別力。
·在研究問(wèn)題時(shí)，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(diǎn)和難點(diǎn)】
1．重點(diǎn)
·理解掌握電勢(shì)能、電勢(shì)、等勢(shì)面的概念及意義。
2．難點(diǎn)
·掌握電勢(shì)能與做功的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問(wèn)題。
【實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備】 掛圖
【教學(xué)方法】 理論、類(lèi)比探究、分析歸納、討論分析、應(yīng)用舉例、體驗(yàn)探究
【教學(xué)過(guò)程】
復(fù)習(xí)前面相關(guān)知識(shí)。
1．靜電力，電場(chǎng)強(qiáng)度概念，指出前面我們從力的性質(zhì)研究電場(chǎng)，從本節(jié)起將從能量的角度研究電場(chǎng)。
2．復(fù)習(xí)功和能量的關(guān)系：如圖所示從靜電場(chǎng)中靜電力做功使試探電荷獲得動(dòng)能入手，提出問(wèn)題：是什么轉(zhuǎn)化為試探電荷的動(dòng)能？
引入新課。
第四節(jié)、電勢(shì)能和電勢(shì)
一、靜電力做功的特點(diǎn)
讓試探電荷q在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿幾條不同路徑從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，我們來(lái)計(jì)算這幾種情況下靜電力對(duì)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(jié)果，結(jié)合具體的問(wèn)題情景，從中找到共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，聯(lián)系前面所學(xué)的知識(shí)，歸納得出相關(guān)的物理知識(shí)。從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和知識(shí)結(jié)論。
結(jié)論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點(diǎn)位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。
拓展：該特點(diǎn)對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)中也是成立的。
二、電勢(shì)能
尋找類(lèi)比點(diǎn)：力做功只與物體位置有關(guān)，而與運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)的事例在物理中有哪些呢？屬于什么能？
�。ㄒ苿�(dòng)物體時(shí)重力做的功與路徑無(wú)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(shì)能。） 思考：靜電力做功也與路徑無(wú)關(guān)，是否隸屬勢(shì)能？我們可以給它一個(gè)物理名稱(chēng)嗎？
1．電勢(shì)能：由于移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與移動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能我們叫做電勢(shì)能。電勢(shì)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(shì)能的概念呢？
2．討論：靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系
通過(guò)知識(shí)的類(lèi)比，讓學(xué)生能從中感受到新知識(shí)的得出也可以通過(guò)已有獲取。
靜電力做的功等于電勢(shì)能的變化。
功是能量變化的量度。
電場(chǎng)力做多少功，電勢(shì)能就變化多少，在只受電場(chǎng)力作用下，電勢(shì)能與動(dòng)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(duì)不同的電荷從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，電勢(shì)能的變化情況：
正電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做正功，即有WAB>0，則EpA>EpB，電勢(shì)能減少。
●正電荷順著電場(chǎng)線的方向其電勢(shì)能逐漸減少。
負(fù)電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做正功，即有WAB<0，則epa>EpB，電勢(shì)能增加。<EPB，電勢(shì)能增加。< p>●負(fù)電荷順著電場(chǎng)線的方向其電勢(shì)能逐漸降低。
對(duì)此分析得出：電勢(shì)能為系統(tǒng)所有，與重力勢(shì)能相類(lèi)似。
3．求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢(shì)能
問(wèn)題討論：在上面討論的問(wèn)題中，請(qǐng)分析求出A點(diǎn)的電勢(shì)能為多少？
學(xué)生思考后無(wú)法直接求出，不妨就此激勵(lì)學(xué)生，并提出類(lèi)比方法。
類(lèi)比分析：如何求出A點(diǎn)的重力勢(shì)能呢？進(jìn)而聯(lián)系到電勢(shì)能的求法。
則 EpA＝WAB （以B為電勢(shì)能零點(diǎn)）
電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于靜電力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能位置撕所做的功。
4．零勢(shì)能面的選擇
通常把電荷離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢(shì)能規(guī)定為零。
拓展：求電荷在電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)具有的電勢(shì)能高低。
將電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，根據(jù)靜電力做功情況判斷。
若靜電力做功為正功，電勢(shì)能減少，電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能大于在B點(diǎn)的電勢(shì)能。反之靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能小于在B點(diǎn)的電勢(shì)能
弄清正、負(fù)電荷在電場(chǎng)中電勢(shì)能的不同特點(diǎn)，判斷其做功特點(diǎn)再進(jìn)行判斷。
通過(guò)對(duì)不同內(nèi)容的拓展，引導(dǎo)學(xué)生能通過(guò)自己對(duì)不同事例的分析，知道對(duì)問(wèn)題考慮的全面性有所了解，同時(shí)能正確認(rèn)識(shí)到在分析問(wèn)題時(shí)還應(yīng)該思考問(wèn)題的不同側(cè)面，達(dá)到對(duì)問(wèn)題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散能力，達(dá)到對(duì)物理學(xué)習(xí)全面化的探究要求。
三、電勢(shì)
我們通過(guò)靜電力的研究認(rèn)識(shí)了電場(chǎng)強(qiáng)度，現(xiàn)在要通過(guò)電勢(shì)能的研究來(lái)認(rèn)識(shí)另一個(gè)物理量──電勢(shì)。它同樣是表征電場(chǎng)性質(zhì)的重要物理量度。
通過(guò)類(lèi)比可見(jiàn)，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(lái)表征這個(gè)相同的量呢？
讓學(xué)生很快能想到用比值定義法來(lái)定義物理量，對(duì)知識(shí)活學(xué)活用。
上面討論的是特殊情況，下面我們來(lái)討論一般情況：（如圖）
EpA＝qE場(chǎng)Lcosθ
可見(jiàn)，EpA與q成正比，即電勢(shì)能跟電荷量的比值EpA/q都是相同的。對(duì)電場(chǎng)中不同位置，由于L與θ可以不同，所以這個(gè)比值一般是不同的。
電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值，是由電場(chǎng)中這點(diǎn)的位置決定的，跟試探電荷本身無(wú)關(guān)。
得出結(jié)論后，引導(dǎo)學(xué)生類(lèi)比電場(chǎng)的得來(lái)過(guò)程，提出新的物理量──電勢(shì)。
1．定義：電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與他的電荷量的比值，叫做這一點(diǎn)的電勢(shì)。用φ表示。 表達(dá)式：φ＝Ep/q （與試探電荷無(wú)關(guān)）
2．電勢(shì)是標(biāo)量，它只有大小沒(méi)有方向，但有正負(fù)。
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