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2019-2020年高二物理《電勢能和電勢》教案 概述 本節(jié)在本章中的作用：本節(jié)主要講了電場的能的性質 ，是本章的兩大重點之一。 主要學習內容：電場力做功，電勢能、電勢、等勢面。 三維學習目標： 1．理解靜電力做功的特點、電勢能的概念、電勢能與電場力做功的關系。 2．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。 3．明確電勢能、電勢、靜電力的功、電勢能的關系。 4.理解等勢面的概念，知道等勢面與電場線之間的關系。 5. 培養(yǎng)學生概括、歸納、類比的能力和抽象思維能力。 學習本節(jié)學生的優(yōu)勢和不足：學生對重力場中的重力做功，重力勢能，高度，高度差，等高線等比較熟悉。電勢、電勢能、等勢面等概念比較抽象，理解起來比較困難?？梢圆捎妙惐鹊姆椒ㄟM行學習。 主要學習活動為： 活動1：探究電場力做功的特點。 活動2：探究電場力做功與電勢能變化的關系。 活動3：探究電勢 活動4：探究等高線與等勢面的關系。 活動5：探究各個量的正負問題 活動6：帶電粒子在電場中運動的軌跡類問題 活動7：習題解答。 預期的學習成果： 1.會計算電場力做功。 2.解決電場力做功與電勢能變化的問題。 3.解決電勢能和電勢的關系問題 本節(jié)問題設計 1.電場力做功的特點是什么？ 2.電場力做功與電勢能變化有什么關系？ 3.電勢能與電勢有什么關系？ 4.等勢面與電場線有什么關系？ 所需教學材料和資源(在此列出學習過程中所需的各種支持資源) 信息化資源： 網(wǎng)絡搜索引擎 教學支撐環(huán)境 具備上網(wǎng)及投影功能的多媒體教室或網(wǎng)絡教室、探究實驗室，優(yōu)盤等移動存儲設備。 評價設計 活動1：學生能寫出各種情況做的功，并填入表格。 活動2：找出重力做功重力勢能、電場力做功電勢能中一個或幾個相同和不同點并填入表格。 活動3：能對電場和重力場的幾個量進行類比，理解電勢的概念。 活動4：觀察圖，說出等勢面和等高線的相似之處。 活動5：正確理解正負，并能舉例說明大小關系。 活動6：歸納總結軌跡類問題的特點和一般解決方法。 活動7：習題解答 學習活動設計 【創(chuàng)設情境、導入新課】 一、引入 復習：功是能量轉化的量度 1、功的計算：W=FLcosα 2、重力做功的特點： (1)與路徑無關,由初末位置的高度差來決定. (2)重力做功WG與重力勢能變化的關系 重力做正功，重力勢能減少 重力做負功，重力勢能增加 WG=Ep1—Ep2=—ΔEp (3)重力勢能是相對的,須選定零勢能參考面 一個試探電荷在電場中某點由靜止釋放,將如何運動?（如圖4-1） 圖4-1 在電場力作用下電荷做加速運動,一段時間后獲得一定的速度,試探電荷的動能增加. 什么能轉換為動能的呢? 【自主探究、展示交流】 一、靜電力做功的特點 活動1. 探究電場力做功的特點。 把正電荷沿不同路徑從A點移到B電場力做功？ 讓試探電荷q在電場強度為E的勻強電場中沿幾條不同路徑從A點運動到B點，我們來計算這幾種情況下靜電力對電荷所做的功。如圖4-2所示 圖4-2 分析三種情況下的做功的數(shù)據(jù)結果，從中找到共同點和不同點，歸納得出相關的物理知識。 路徑 做功 直線 W＝F|AB|＝qE|AB| 傾斜直線 W＝F|AB|cosθ＝qE|AB| 曲線 W＝W1+W2+W3+…… 其中F＝qE|AM| 結論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關。 拓展：該特點對于非勻強電場中也是成立的。 做功的過程是一個能量轉化的過程，那么電場力做功的過程是什么能轉化為什么能呢？ 二、電勢能 1．電勢能：由于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，這種勢能我們叫做電勢能。電勢能用Ep表示 （是電荷與所在的電場所共有的）單位 焦耳J 活動2：探究靜電力做功與電勢能變化的關系（如圖4-3所示） 圖4-3 兩者進行類比，查找相同和不同之處。填入下表： 相同點 不同點 參考：相同點：做正功，勢能減少，做負功，勢能增加，不同點：重力只有引力，電場力既有引力也有斥力。 通過知識的類比，靜電力做的功等于電勢能的變化。 功是能量變化的量度。 電場力做多少功，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，而他們總量保持不變。 WAB＝－（EpB－EpA）＝EpA－EPB 【思考討論】對不同的電荷從A運動到B的過程中，電勢能的變化情況：（如圖4-4） 圖4-4 正電荷從A運動到B做正功，即有WAB>0，則EpA>EpB，電勢能減少。 ●正電荷順著電場線的方向其電勢能逐漸減小。 負電荷從A運動到B做正功，即有WAB<0，則EpA>EpB，電勢能增加。，電勢能增加。 ●負電荷順著電場線的方向其電勢能逐漸增大。 問題，請分析求出A點的電勢能為多少？ 如何求出A點的重力勢能呢？進而聯(lián)系到電勢能的求法。如圖4-5 圖4-5 則 EpA＝WAB （以B為電勢能零點） 電荷在某點的電勢能，等于靜電力把它從該點移動到零勢能位置時所做的功。 零勢能面的選擇 通常把電荷離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零。如圖4-6 圖4-6 根據(jù)靜電力做功的正負，判斷電勢能的變化，進而判定電勢的高低。 拓展：求電荷在電場中A、B兩點具有的電勢能高低。 將電荷由A點移動到B點，根據(jù)靜電力做功情況判斷。 若靜電力做功為正功，電勢能減少，電荷在A點電勢能大于在B點的電勢能。反之靜電力做負功，電勢能增加，電荷在A點電勢能小于在B點的電勢能 l 0 弄清正、負電荷在電場中電勢能的不同特點，判斷其做功特點再進行判斷。 三、電勢 設EP0 =0(如圖4-7) 圖4-7 該比值是一個與q無關，僅與電場及A點的位置有關的量。 活動3：探究電勢（如圖4-8） 圖4-8 通過類比可見，若用左圖中的Ep/m，或右圖中的Ep/q，它們的值各自是一個不變的量。 EpA＝qE場Lcosθ，EpA與q成正比，即電勢能跟電荷量的比值EpA/q都是相同的。對電場中不同位置，由于L與θ可以不同，所以這個比值一般是不同的。 電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，是由電場中這點的位置決定的，跟試探電荷本身無關。 1．定義：電荷在電場中某一點的電勢能與他的電荷量的比值，叫做這一點的電勢。用φ表示。 表達式：φ＝Ep/q （與試探電荷無關） 2．電勢是標量，它只有大小沒有方向，但有正負。 3．單位：伏特（V） 1V＝1J/C 物理意義：電荷量為1C的電荷在該點的電勢能是1J，則該點的電勢就是1V。 根據(jù)靜電力做功的正負，判斷電勢能的變化，進而判定電勢的高低。例如圖4-9所示 圖4-9 4．電場線指向電勢降低的方向。 電勢順線降低；順著電場線方向，電勢越來越低。Ep有零勢能面，因此電勢也具有相對性。 應該先規(guī)定電場中某處的電勢為零，然后才能確定電場中其他各點的電勢。 5．零電勢位置的規(guī)定：電場中某一點的電勢的數(shù)值與零電勢的選擇有關，即電勢的數(shù)值決定于零電勢的選擇。因此電勢有正負之分，是由于其零電勢的選擇決定。通常以大地或無窮遠默認為零。如圖4-10 圖4-10 四、等勢面 活動4：探究等高線與等勢面的關系。如圖4-11 圖4-11 說出等高線與等勢面的相似之處。 1．等勢面：電場中電勢相同的各點構成的面。 2．等勢面與電場線的關系 ⑴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，靜電力不做功。 ⑵電場線跟等勢面一定垂直，即跟電場強度的方向垂直。 電場線跟等勢面垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。 ⑶等勢面越密，電場強度越大。 ⑷等勢面不相交、不相切。 3．應用等勢面：由等勢面描繪電場線 方法：先測繪出等勢面的形狀和分布，再根據(jù)電場線與等勢面的關系，繪出電場線的分布 【歸納總結、提升拓展】 電場力做功、電勢能、電勢的正負 活動5：探究各個量的正負問題 請同學填寫表格： 矢量、標量 正負 比較大小(例) 電場力做功 標量 不代表大小 W1=－5J?。?=3J　W1>W2 電勢能 標量 代表大小 Ep1=－3J Ep2=－1J Ep1< Ep2 電勢 標量 代表大小 φ1=－1v φ2=－3v φ1>φ2 活動6：帶電粒子在電場中運動的軌跡類問題 例：某靜電場中的電場線如圖4-12所示，帶電粒子在電場中僅受電場力作用，其運動軌跡如圖中虛線所示，由M運動到N，以下說法正確的是(　　) A．粒子必定帶正電荷 B．粒子在M點的加速度大于它在N點的加速度 C．粒子在M點的加速度小于它在N點的加速度 D．粒子在M點的動能小于它在N點的動能 圖4-12 解析：　本題是由電場線和粒子運動軌跡判斷粒子運動情況的題目．其關鍵是抓住粒子受電場力的方向指向粒子軌跡彎曲的一側(即凹側)并沿電場線的切線方向，根據(jù)電荷運動軌跡彎曲的情況，可以確定點電荷受電場力的方向沿電場線方向，故此點電荷帶正電，A選項正確．由于電場線越密，場強越大，點電荷受電場力就越大，根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度也越大，故此點電荷在N點加速度大，C選項正確，粒子從M點到N點，電場力做正功，根據(jù)動能定理得此點電荷在N點動能大，故D選項正確． 答案：　ACD 請同學們總結規(guī)律。 【以下為參考答案：】 一．所考查的問題： 1.判斷帶電粒子的電性。 2.判斷加速的變化。 3.判斷速度或動能的變化 4.判斷電勢能的變化。 5.判斷粒子運動方向。 6.判斷電場線的方向。 二．基本解題思路： 根據(jù)曲線彎曲的方向及電場線判斷受力方向。因為受到的力總是指向曲線凹的一側，又電場力沿電場線的切線方向，兩方面綜合可判斷受力方向，如果已知電場線的方向，可判斷出粒子的電性，反過來，如果已知電性，可判斷電場線的方向，如果電場線的方向及電性都未知，則無法判斷電性或電場線的方向。 知道了受力方向可以設粒子的運動方向，進而判斷電場力做的是正功還是負功，可以得出兩點的動能、速度、電勢能的大小關系。他們之間的關系與運動方向無關。 根據(jù)電場線的疏密，可以知道加速度的變化。但一條電場線不能確定場強的大小。 【反饋練習、鞏固落實】 五．當堂練習 A組（鞏固基礎） 1．關于電勢的高低，下列說法正確的是 （ ） A．沿電場線方向電勢逐漸降低 B．電勢降低的方向一定是電場線的方向 C．正電荷在只受電場力作用下，一定向電勢低的地方運動 D．負電荷在只受電場力的作用下，由靜止釋放，一定向電勢高的地方運動 2．在靜電場中，下列說法正確的是 （ ） A．電場強度處處為零的區(qū)域內，電勢也一定處處為零 B．電場強度處處相同的區(qū)域內，電勢也一定處處相同 C．電場強度的方向總是跟等勢面垂直的 D．沿著電場強度的方向，電勢總是不斷降低的 3．下列關于電場性質的說法，正確的是 ( ) A．電場強度大的地方，電場線一定密，電勢也一定高 B．電場強度大的地方，電場線一定密，但電勢不一定高 C．電場強度為零的地方，電勢一定為零 D．電勢為零的地方，電場強度一定為零 4．關于電勢與電勢能的說法，正確的是 ( ) A．電荷在電勢越高的地方，電勢能也越大 B．電荷在電勢越高的地方，它的電荷量越大，所具有的電勢能也越大 C．在正點電荷的電場中任一點，正電荷所具有的電勢能一定大于負電荷所具有的電勢能 D．在負點電荷的電場中任一點，正電荷所具有的電勢能一定小于負電荷所具有的電勢能 B組（中等難度） 5．外力克服電場力對電荷做功時 ( ) A．電荷的運動動能一定增大 B．電荷的運動動能一定減小 C．電荷一定從電勢能大處移到電勢能小處 D．電荷一定從電勢能小處移到電勢能大處 6.電場線分布如圖4-練1所示，電場中a，b兩點的電場強度大小分別為已知和，電勢分別為和，則 (A) ， (B) ， 圖4-練1 (C) ， (D) ， 圖4-練2 7. 如圖4-練2，帶正電的點電荷固定于Q點，電子在庫侖力作用下，做以Q為焦點的橢圓運動。M、P、N為橢圓上的三點，P點是軌道上離Q最近的點。電子在從M點經(jīng)過P到達N點的過程中（　　?。? A．速率先增大后減小 B．速率先減小后增大 　 C.電勢能先減小后增大　　　　 D．電勢能先增大后減小 C組（較高難度） 8．（10天津卷）在靜電場中，將一正電荷從a點移到b點，電場力做了負功，則（　　?。? A．b點的電場強度一定比a點大 B．電場線方向一定從b指向a C．b點的電勢一定比a點高 D．該電荷的動能一定減小 A 0 l 圖4-練3 9. A、B是一條電場線上的兩點，若在A點釋放一初速為零的電子，電子僅受電場力作用，并沿電場線從A運動到B，其速度隨時間變化的規(guī)律如圖4-練3所示．設A、B兩點的電場強度分別為EA、EB，電勢分別為UA、UB，則（　　?。? （A）EA = EB ． （B）EA＜EB． （C）UA = UB （D）UA＜UB ． 圖4-練4 10.某靜電場的電場線分布如圖4-練4所示，圖中P、Q兩點的電場強度的大小分別為EP和EQ，電勢分別為φP和φQ，則 A．EP＞EQ，φP＞φQ B．EP＞EQ，φP＜φQ C．EP＜EQ，φP＞φQ D．EP＜EQ，φP＜φQ 11.位于A、B處的兩個帶有不等量負電的點電荷在平面內電勢分布如圖4-練5所示，圖中實線表示等勢線，則（ ） 圖4-練5 （A）a點和b點的電場強度相同 （B）正電荷從c點移到d點，電場力做正功 （C）負電荷從a點移到c點，電場力做正功 （D）正電荷從e點沿圖中虛線移到f點，電勢能先減小后增大 六．課后作業(yè) 閱讀《高中新課程學生自主學習叢書物理選修3-1》第11—13頁內容和例題，完成1—9題 教學評價 可評價的學習要素 活動1：學生能寫出各種情況做的功，并填入表格。 評價方法：學生互評 評價指標：正確寫出做功的表達式，總結做功的特點 活動2：找出一個或幾個相同和不同點并填入表格。 評價方法：教師現(xiàn)場評價，學生互評。 評價指標：能找出一個相同或不同點即可。 活動3：能對電場和重力場的幾個量進行類比。 評價方法：教師現(xiàn)場評價，學生互評。 評價指標：能說出一組量即可。 活動4：觀察圖，說出等勢面和等高線的相似之處。 評價方法：教師現(xiàn)場評價，學生互評。 評價指標：說出相似之處。有意思即可。 活動5：正確理解正負，并能舉例說明大小關系。 評價方法：教師現(xiàn)場評價，學生互評。 評價指標：能舉出實例說明大小關系。 活動6：歸納總結軌跡類問題的特點和一般解決方法。 評價方法：教師現(xiàn)場評價，學生互評。 評價指標：能說出一個特點及以上并給出一般解決方法。 活動7：習題解答 評價方法：教師現(xiàn)場評價，學生互評。 評價指標：（1）各選項正誤的判斷。（2）判斷的依據(jù)。 實施方案 課時5、6：電勢能和電勢 （共2課時） 學生年級 、班級 高二（1、7）班 學生人數(shù) 522 規(guī)劃項目 具體內容 實施前 教學環(huán)境 計算機網(wǎng)絡教室，探究實驗室?？缮暇W(wǎng)，安裝有Office軟件。 提供相關主題網(wǎng)站的網(wǎng)址 baidu 百度搜索 學生知識技能要求 對重力場有很好的理解，電場強度，庫侖定律。 教學條件準備 1.調節(jié)好多媒體設備 2.通知學生上課時間、地點及課前的準備。 3.學生分組及座次安排表 評價要求 出示活動的評價要素 實施中 情境導入 多媒體課件展示幾種運動路徑。 分組討論 電場力做功有什么特點？ 理論探究 活動1：探究電場力做功的特點。 組織交流與共享 電場力做功有什么特點？與重力做功有什么相似之處？ 指導學習 做功的過程是一個能量轉化的過程，那么電場力做功的過程是什么能轉化為什么能呢？ 理論探究 活動2：探究電場力做功與電勢能變化的關系。 指導深入學習 多媒體課件輔助講解并得出重力做功、重力勢能變化與電場力做功、電勢能的變化的相同點和不同點 理論探究 活動3：探究電勢 多媒體課件輔助講解，類比電勢與高度。 理論探究 活動4：探究等高線與等勢面的關系。 指導深入學習 1．多媒體課件輔助講解，等高線與等勢面，用類比的方法理解等勢面。 2．歸納總結等勢面與電場線的關系。 理論探究 活動5：探究各個量的正負問題 指導學習 總結歸納并完成表格。 理論探究 活動6：帶電粒子在電場中運動的軌跡類問題 指導學習 總結歸納特點及方法。 知識內化 1.類比的方法研究問題。 2.指導學生學會自主學習。 練習與鞏固 完成當堂練習題 A組 1.AD 2.CD 3.B 4.CD B組 5.D 6.C 7.AC C組 8.C 9.AD 10.A 11.CD 布置課后鞏固題 見《高中新課程學生自主學習叢書物理選修3-1》第11—13頁內容、例題和習題。 A組：1-4題 B組：5-8題 C組：9題 答案見120頁 實施后 各小組學習成果評價 教師總評價各小組成員的學習成果。 小組成員評價 請各小組長根據(jù)評價要素對小組成員打分。收交各小組的各項評價打分。 思考下一課時的開展 根據(jù)本課時實施效果，計劃下階段教學安排，確定是否布置任務： 預習教材第20頁第5節(jié)、《高中新課程學生自主學習叢書物理選修3-1》第14—16頁。下節(jié)課仍在多媒體教室。 教學材料 電場力做功特點和做功正負的判斷 1．對電場力做功特點的理解 (1)電場力對電荷所做的功，與電荷的初末位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關．該結論既適用于勻強電場又適用于非勻強電場，即適用于任何靜電場． (2)無論帶電體在電場中做直線運動還是做曲線運動，無論帶電體只受電場力作用還是受多個力作用，無論電場力做正功還是做負功,電場力做功的特點不變． 2．電場力做功正負的判斷 (1)根據(jù)電場力和位移的方向夾角判斷．夾角為銳角電場力做正功，夾角為鈍角電場力做負功，夾角等于90，電場力不做功． (2)根據(jù)電場力和瞬時速度方向的夾角判斷．夾角是銳角電場力做正功，夾角是鈍角電場力做負功，電場力和瞬時速度方向垂直電場力不做功． (3)根據(jù)電勢能的變化情況判斷．若電勢能增加，則電場力做負功；若電勢能減小，則電場力做正功，若電勢能不變，則電場力不做功． (4)若物體只受靜電力作用，可根據(jù)動能的變化情況判斷．若物體的動能增加，則電場力做正功，若物體的動能減少，則電場力做負功，若動能不變，則電場力不做功． 特別提醒：靜電力做功和重力做功盡管有很多相似特點，但因為地球產(chǎn)生的重力場只會對物體產(chǎn)生引力，而電場對電場中的電荷既可以產(chǎn)生引力，也可以產(chǎn)生斥力，所以計算電場力的功時要注意電荷的電性，移動的方向,場強的方向等,以便正確確定功的正負． 使用說明： 一、成功之處： （1）采用類比的方法，使學生易于理解。充分利用了多媒體。 （2）學生活動較多，學會歸納總結的方法。 二、遺憾之處： （1）本節(jié)的內容傾向于理論探究，有些內容對學生來說過于抽象。 （2）本節(jié)內容較多，分為兩課時進行。需要到網(wǎng)上查詢的內容，部分只能在課下進行。 （3）課后作業(yè)量較大。 三、設計意圖說明： (1)本節(jié)課概念比較多，且較為抽象，因此多采用與重力場的類比法。 （2）各概念之間都有聯(lián)系，功與電勢能，電勢能與電勢，電勢與等勢面，電場線與等勢線，因此本節(jié)課也有意識地引導學生進行歸納比較分析，培養(yǎng)學生的歸納綜合能力。