高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势教学设计

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《电势能和电势》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“静电场”主题下的内容。课程标准要求为：“知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。”《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程的标准的解读为：本条目要求学生通过与重力势能引入的对比，了解电荷在电场中的电势能，知道电场力做功与电势能变化的关系。体验类比法在科学研究中的作用。让学生通过用电场力做功与电势能变化的关系来计算电荷在电场中的电视呢个，了解电势能的系统性和相对性。通过对检验电荷在具体电场中电势能的分析，知道用比值定义法定义表示电场另一方面的性质——能的性质——电势，体会类比方法也是科学研究的一种重要方法。
在知识层面上，学生学习重力做功特点，知道用微元法分析曲线轨迹做功方法，理解重力做功等于重力势能的减少量，了解重力势能的系统性、相对性等。通过类比方法，帮助学生理解静电力做功特点，电荷在电场中具有能量——电势能。与重力做功与重力势能变化量关系类似，静电力做功等于电势能的减少量。学生熟悉匀强电场的概念，能判断正电荷和负电荷在匀强电场中受力方向，计算静电力做功，有助于学生理解静电力做功与电势能变化关系。学生的逻辑思维能力相较于高一有较大提高，能理解用类比方法研究电势能。
1.学生通过计算在匀强电场中静电力对电荷做功，认识静电力做功特点.
2.学生类比重力势能引入电势能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法。
3.学生理解电势能的变化与静电力做功的关系。知道常见的电势能零点的规定方法。
4.学生通过建立电势概念的过程，理解电势是从能的角度描述电场的物理量。会判断电场中两点电势的高低。
5.学生通过建立电势概念的过程，理解电势是从能的骄傲都描述电场的物理量。会判断电场中两点电势的高低.
教学重点：静电力做功特点、静电力做功与电势能变化量的关系、电势概念的建立
教学难点：静电力做功与电势能变化量关系
教学方法：讲授法、启发式教学、讨论法
问题：负电荷受力指向哪里？电荷由静止开始运动，静电力做正功还是负功？电荷动能如何变化？
电场力对电荷做正功，根据动能定理，电荷动能增加。功是能量转化的量度。电荷动能增加，某种能量减少。电荷在电场中具有能量。如何描述电场的能的性质？电场的能量有何特点？
复习巩固：
问题1：什么是重力势能？重力势能的表达式？
问题2：必修二教材是如何引入重力势能的？
重力做功特点→引入重力势能→重力做功与重力势能变化量关系→规定重力势能零点，确定重力势能值
设计意图：复习重力势能知识，为如何研究电场能量提供思路启示，通过类比方法帮助学生理解电势能概念。
师：通过做功研究能量是常采用的物理方法。先来分析静电力做功有何规律。
1．静电力做功特点
情境设置：空间有一匀强电场E，将一电荷量为q的负电荷从A点移到B点。图中给出了四种路径。
B
p

A M
问题1：负电荷q沿直线AB运动，从A到B，静电力对电荷做多少功？
问题2：负电荷沿路径A→M→B运动，静电力对电荷做多少功？
问题3：负电荷沿路径A→p→B运动，静电力对电荷做多少功？
问题4：负电荷沿任意曲线从A到B，如何计算静电力做功？
用很多段折线代替曲线。设某段折线长为∆s，与AM夹角为θ。静电力对电荷做功
∆W=-F∆scsθ=-F∆x
∆x为∆s沿AM方向的水平投影。从A到B静电力做的总功为，
W=Σ∆W=Σ(-F∆x)=-FΣ∆x=-F·|AM|
问题5：分析电荷沿不同路径做功，静电力做功有何特点？
归纳总结：在静电场中，电荷受到的静电力做功与运动路径无关，只由初位置和末位置决定。（教师板书静电力做功特点）
2．电势能
师：重力做功与路径无关，物体在空间某点具有重力势能。静电力对电荷做功与路径无关，电荷在电场中具有的势能称为电势能，用符号EP表示。
（教师板书电势能含义及书写符号）
师：重力做功等于重力势能的减少量。物体上升，重力做负功，重力势能增加；物体下落，重力做正功，重力势能减少。静电力做功与电势能变化也有关系。
（用PPT投影匀强电场中电荷运动情境。）
A B E
情境：正点电荷q在匀强电场中由A点从静止释放。
问题1：电荷受到的静电力方向指向哪里？静电力对电荷做哪种功？
问题2：电荷动能如何变化？
问题3：根据能量守恒观点，电荷电势能如何变化？
问题4：你能总结静电力做功与电势能变化的关系吗？
归纳总结：静电力做功等于电势能的减少量。（教师板书）
W静=EPA-EPB=-∆EP
∆EP= EPB-EPA，是电势能的增加量。
师：根据静电力做功等于电势能的减少量，只能求出两点电荷电势能的差值，无法求出某一点的电势能值。确定重力势能值需要先规定重力势能零点，确定电势能值，需先规定电势能零点。电势能零点规定是任意的，通常规定离场源电荷无穷远处的电势能为零。
思考与讨论：规定好电势能零点，如何计算电荷在某点的电势能值？
生：将电荷从场中某位置移动到电势能零点处，静电力对电荷做功等于电荷初位置的电势能。
【例题1】匀强电场E 中AB两点相距为l。规定电荷在A点电势能为零.求正电荷q在B点的电势能.若移动的是负电荷q，负电荷在B点的电势能又是多少？
A B E
问题1：在电场中同一点，正电荷与负电荷的电势能相等吗？电势能与放置的电荷有关吗？
问题2：电势能能描述电场的性质吗？
设计意图：通过实例计算表明电势能与电荷有关，不能描述电场的性质。
3．电势
电势：电荷在电场中某一点的电势能与电荷量的比值。
φ= eq \f(EP,q)
单位：伏特（V） 1V=1J/C
电势仅由电场决定，和放入电场的电荷无关。
规定离场源电荷无穷远处作为电势零点。
A B E
问题1：正电荷从A到B，静电力做正功还是负功？
问题2：正电荷在哪一点的电势能较大？
问题3：A点和B点，哪一点的电势较大？
问题4：若移动的负电荷，哪一点的电势较大？
归纳总结：沿电场线方向电势降低。
问题：M点是正点电荷电场线上的一点，M点的电势大于0V还是小于0V？N点是负点电荷电场线上的一点，N点电势大于0V还是小于0V？以电荷位置为坐标原点，沿电场线建立Ox轴，定性画出电势随坐标的变化图像。
M N
1.静电力做功只由初、末位置决定，和运动路径无关。
2.静电力做功等于电势能的减少量。
3.电势φ= eq \f(EP,q)
作业：“练习与应用”第1题、第6题
§ 10.1 电势能和电势
一、静电力做功的特点
静电力做功只由初、末位置决定
二、电势能
电势能 EP
W静=EPA-EPB
二、电势
φ= eq \f(EP,q) 仅由电场决定 q带符号
1V=1J/C
本节教学用到了类比方法，要首先复习重力势能相关知识，包括重力做功特点、重力做功与重力势能变化量关系，重力势能特点。在充分的复习基础上，有助于学生理解静电力做功等于电势能的减少量和电势能概念。电势的概念较为抽象，可类比电场强度的引入介绍电势概念，明确电势仅由电场决定，如同电场强度仅由电场决定，与试探电荷无关。学生需要通过练习逐渐理解电势的物理意义——从能的角度描述电场性质。