电势能和电势教学课件
一 教材内容分析
电场力是一种新的性质力，本章前面几节，对电场力的产生条件、大小和方向，以及部分作用规律（遵循平行四边形法则，牛顿运动定律等）进行了探究学习。本节进一步研究电场力作用规律——电场力做功及其能量变化规律，就是顺理成章的事。从本章的整个教材编写思路来看，与必修教材几乎吻合。因此，充分利用学生们学习必修教材时所学到的知识、技能、方法，就显得十分必要。其实，这也符合高中教学的特点和要求。另一方面，前面几节，从力的角度探究了电场的性质，本节则从能的角度探究电场的性质。同样地，这里依然要发挥好“知识迁移”、“能力迁移”的正作用，充分体验“学以致用”的学习乐趣。
如果从本章学习要求来看，前者是一条暗线（副线）；而后者是一条明线（主线）。笔者认为，学习本章时，教师可以做适当调节，使明线暗淡一些，而使暗线明亮一些。众所周知，能（量）是最为抽象的概念之一，而静电场领域里的能量概念，就尤为抽象。所以本节知识是本章的难点。
综上，本节教学设计为两个课时，第一课时，探究电场力的做功特点，得出电势能的概念，并分析电势能的性质；第二课时，进一步探究（静）电场的性质，类比导出电势概念、分析电势的性质，了解等势面的概念。
二 教学目标
（一）知识与技能目标
1 认识电场力做功的特点；
2 分析电场力做功引起的能量变化，理解电势能概念及其性质；
3 知道电势的定义方法及其定义式，并会使用它分析相关问题；
4 理解“沿着电场线的方向电势越来越低”的这一结论；
5 知道等势面，理解等势面与电场线之间的关系。
（二） 过程与方法目标
通过类比法探究新知识，体验知识探究过程。
（三） 情感、态度与价值观目标
渗透从对生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法，激发和培养探索自然规律的兴趣。
三 知识重难点分析
（一）重点
1 电场力做功特点的分析；
2 电场力做功与能量变化之间关系的理解，以及电势能的理解；
3 电势的理解与运用；
4 等势面的理解。
（二） 难点
1 电场力做功特点与电势能概念之间关系的理解；
2 电势能与电势的辨析；
3 电场线中有关电势和等势面性质的理解。
四 教学流程设计
（一）第一课时：电势能
1 引入新课
教师：我们知道电场力是一种新的性质力，前面几节课，学习了它的产生条件、大小和方向、以及部分作用规律，例如遵循平行四边形法则，牛顿运动定律等等。在必修课中，我们还探究了什么力学概念和规律？
学生：做功，动能定理，机械能守恒定律和能量守恒定律。
教师：很好，现在我们回顾这些方面的知识。请同学们完成下面填空。
（1） 做功的定义是：力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小，和力与位移夹角的余弦这三者的乘积；公式是：W=Flcosθ ，单位是：焦耳；做功是能量变化的量度；
（2）动能是指由于物体运动所具有的能量，定义式是Ek=1/2mv^2 ；动能定理：力对物体所做的功等于物体动能的变化量；公式为 W=Ek2-Ek1；
（3）势能是指相互作用的物体凭借其位置所具有的能量；
（4）重力做功的特点是：重力对物体所做的功，只跟它的起点和终点的位置有关，与具体路径无关；重力对物体做功是重力势能变化的量度，公式是：W=mgh1-mgh2 ；重力势能的定义式是：Ep=mgh ，重力势能具有相对性，重力势能差值具有绝对性。
（5）能量守恒定律：能量既不能产生，也不能消亡，它只能从一个物体转移给另一物体，或者由一种能量形式转变为另一能量形式，而变化过程中总的能量保持不变。
学生：完成上面填空。
设计说明：以上可以作为课前学案由同学们预习时完成。但建议在课堂引入中，在请学生口头作答。
教师：这节课，我们研究电场力做功问题，从中我们探究电场力做功的规律。
2 进入新课
教师：给出下面问题，请同学们完成。先做（1）题。
例1 （1）质量为m的物体从A位置运动到B位置，如图一所示（重力加速度为g）。求：① 沿路径1，重力对物体做功为多少？②沿路径2，重力做功又是多少？
（2）带电量为q的物体（不计重力）在匀强电场中从A位置运动到B位置，如图二所示。求① 沿路径1，电场力对物体做功为多少？②沿路径2，电场力做功又是多少？(图见附课件)
学生：完成练习。
教师：这是一道复习题，大家很容易就完成了。而且从中，我们可以得到重力做功的特点，这个特点是？
学生：重力对物体所做的功，只跟它的起点和终点的位置有关，与具体路径无关。
教师：结合W=mgh1-mgh2 ，我们知道mgh 表示一种能量，而且是由位置决定的能量，是一种势能，我们称之为重力势能。因此，我们说：重力做功是重力势能变化的量度，数学表达式就是W=Ep1-Ep2 。
设计说明：这里暗含重力做功与路径无关的特点和建立重力势能之间的“充要”关系。关于此，教学中可以点到为止；亦可根据同学们的实际情况，追问：如果重力做功与路径有关，还能建立重力势能概念吗？为什么？
学生：再做（2）题。
教师：同学们也完成的很好。同学们肯定体会到了电场力做功特点，这个特点是？
学生：电场力对物体所做的功，只跟它的起点和终点的位置有关，与具体路径无关。
教师：由W=qEd1-qEd2 ，我们知道 qEd暗含什么物理量？
学生：是能量，而且是一种势能。
教师：同学们也给这个势能取一个名字吧？
学生：电势能（或电力势能，或电场力势能）。
教师：我觉得都可以。但是多读几遍，你应该能够感觉到：电场力势能和电力势能音节复杂，而且还有些拗口，所以我们还是拣好一点的名称：电势能。同学们再读读“重力势能”和“重势能”，那个读起来顺溜一些？
学生：尝试着读，并品味。
教师：我的感觉是重力势能好听一些。命名要讲究音律美的，这也是一种艺术美。
教学设计：这是一段插曲，但我认为这符合教学改革理念。另外，可以帮助消除误解，从而确定：电势能和重力势能同属于势能范畴。然而，也同样为了避免误解，教师应该强化下面教学：
教师：电势能和重力势能都是势能范畴，但是：重力势能，包括弹性势能都属于机械能范畴，而电势能不属于机械能。
教师：也就是说，电场力做功是什么的量度？
学生：电势能变化的量度。
教师：为此，我们也可以写成表达式：W=Ep1-Ep2 。为明确表达始末位置，我们的教材把这个表达式明确表示为：WAB=EpA-EpB 。
教师：今天我们采用什么样的学习方法？
学生：类比学习法。
教师：我们之所以采用了类比学习法，就是因为电场力做功的特点和重力做功的特点是完全相似的。因此有关重力做功的有些重要结论也可以直接搬到电场力做功中来，比如：重力做正功……？
学生：重力做正功，重力势能减小；重力做负功，重力势能增大。
教师：电场力做功呢？
学生：电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大。
教师：重力做功是重力势能变化的量度……
学生：电场力做功是电势能变化的量度。
教师：我们说某一点的重力势能具有什么性？而任意两点的重力势能差值又具有什么性？
学生：某一点的重力势能具有相对性；任意两点的重力势能差值具有绝对性。
教师：翻译到电势能中来……
学生：某一点的电势能具有相对性；任意两点的电势能差值具有绝对性。
教师：所以，为了确定某一点的电势能数值，我们应该怎么做？
学生：选择一点（位置）作为零势能点。
教师：陈述下面问题。
例2 如下图，选择A点为零势能点，那么B点的.电势能怎样确定？(图见附课件)
学生：点电荷从B点移动到A点，电场力所做的功在数值上就等于B点的电势能。
教师：B点的电势能是确定的吗？还跟什么因素有关？
学生：跟点电荷的性质、电荷量的大小，以及电场等因素有关。
教师：通常，电荷在离场源无限远处或在大地表面上的电势能规定为零。
教师：同学们今天的表现都很好！现在请同学们查阅教材，教材给电势能定义了具体数学表达式没有？
学生：查阅，没有。
教师：为什么教材不直接定义为 ？
学生：我们匀强电场情况下得出电场力做功与路径无关的特点，而这一特点对于一般电场也同样成立。因此 没有普遍意义。
设计说明：以上教学设计，把重力做功特点与重力势能概念提出放在一起，突出重力做功特点与重力势能概念提出之间的充要关系。然而通过类比，也就能突出电场力做功特点与电势能之间的逻辑关系。在这里打破教材的编排次序，我认为这正好克服了教材编写上的不足。
3 课堂练习
练习1 在一电荷量 C的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服电场力做功 J,从B点移到C点时电场力做功 J。问：
（1） 以B点为零势能点，电荷在A点时的电势能 是多少？
（2） 以C点为零势能点，电荷在A点时的电势能 又是多少？
练习2 将一个 点电荷从无限远处移动到右图所示的电场中的A点，电荷的电势能为 ，问此过程中电场力做功多少？（见课件）
练习3 图甲是等量异号电荷的电场线分布图，乙是等量同号电荷的电场线分布图。AOB是两点电荷的连线的垂直平分线，O点是连线的中点。
（1） 在甲图中，把单位正电试探电荷从O点沿OA移动到无限远处，电场力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？
（2） 在乙图中，把单位正电试探电荷从O点沿OA移动到无限远处，电场力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？
4 结束新课。
一【教材分析】
本节内容为物理选修3－1中第一章静电场中第四节的教学内容，它处在电场强度之后，位于电势差之前，起到承上启下的作用。它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法达到对新知识的探究，同时让学生就具体的物理知识迁 移埋下思维铺垫。教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中静电力做功与移动电荷的路径无关。进而指出这个结论对非匀强电 场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。静电力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。
二【教学目标】
1．知识与技能
理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与静电力做功的关系。
理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。
明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。
了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。
2．过程与方法
通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。
培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。
通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。培养学生利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。
3．情感、态度与价值观
尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产、生活相关的实际问题，增强科
学 探究的价值观。利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。
利用等势面图象的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。
在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。
三【教学重点和难点】
1．重点
理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。
2．难点
掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。
四【学情分析】
通过对必修内容的学习，学生对功的计算，重力做功的特点，重力做功与重力势能变化的关系，能量守恒定律等内容已相当熟悉，具备了学习本节内容的知识前提，但建立起电势能的概念对学 生来说相对比较困难的，因为电场的概念特别抽象，特别是从力与能量
两条线上同时研究电场，让学生感到有点“力不从心” ，知识迁移及灵活运用是学生学习 过程中要跨越的一个台阶.
五【教学方法 】 理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、体验探究
六【课时安排】 2课时
七【教学过程】
复习导入：
力对物体做功：W=FLcosθ（只适用于恒力做功）
θ〈900 正功 物体能量增加
0 θ〉90 负功 物体能量减小
θ=900 不做功 物体能量不变化
新课教学：
1．静电力做功的特点
结合课本图1。4-1（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。
（1） q沿直线从A到B W=FL
（2） q沿折线从A到M、再从M到B
W=WAM+WMB=F|AO|+F|OB|cos900= FL
（3） q沿任意曲线线A到B（微元法）将曲线分为段，每一小段都可认为是直线，则：
W=W1+W2++Wn= ni=1Flicosθi=FLcosθ
【结论】：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关。
与重力做功类比，引出：
2．电势能(Ep):
（1） 电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。(描述性定义)
（2） 静电力做功与电势能变化的关系：
静电力做的功等于电势能的变化量
表达式：WABEPAEPB 普适式（适用于各种电场）
注意：
①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加
②．电场力力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变。
③．在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任 一点具有的电势能都为负。
（3） 空间中某点电势能Ep的确定：
① 规定零势能点：通常规定无限远处电势能为0或大地电势能为0。
② 电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能点时静电力做的功 nWABEPAEPB 则如规定B为零势能点，EpA=WAB
(4)电势能的正负:
电势能是标量，但有正负，正负代表大小
（5）电势能的相对性：空间中某点电势能的大小依赖于0势能点的选取
（6）电势能的系统性：电势能是电荷与电场共有的能量
EpA=WAB= FL= qEL
合作探究：课本16页思考与讨论
建立电势能的概念为什么要讨论静电力做功问题，各种势能都是空间点的函数，即一个点对应一个确定的值，如果做不到就不可能定义某种势能。分析某种力做功的特点就能知道是否“一个点对应一个确定的值”。
3、电势
规定B点的电势能为0，则EpA=WAB= FL= qEL
同理改变试探电荷 EpA= WAB= FL=
2qEL
EpA= WAB=
FL= nqEL
EpA/q是恒定的，与试探电荷无关
（1）、 定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用表示。
（2）表达式：Ep
q （比值定义法）
（3）单位：伏特（V）
（4）标量，只有大小，没有方向，但有正负。
（5）相对性：空间某点电势的大小依赖于0电势点的选取（通常选无限远或大地电势为0）
（6）沿电场线电势降低
（7）功W、电势能Ep、电势φ的正负问题：
三者都是标量但都有正负，电势能Ep、电势φ的正负代表大小；而功W的正负不代表大小，只代表了能量的传递方向。
4、等势面
⑴．定义：电场中电势相等的点构成的面
⑵．等势面的性质：
①．在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功 ②．电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 ③．等势面越密，电场强度越大
③ 等势面不相交，不相切.