《电势能和电势》教学设计
黄孝国皖郎溪县职业教育中心(242131)
【教材分析】
本节内容为高二物理选修3－1中第一章静电场中第四节的教学内容，第三节是电场强度，第五节是电势差，本节起到承上启下的作用。

教材从电场力对电荷做功的角度出发，得出在匀强电场中电场力做功与电荷的始末位置有关，而与电荷经过的路径无关的结论。

进而指出这个结论在任何电场中都是适用的。

并将电场力做功的特点与重力做功的特点类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。

电场力做功的过程就是电势能变化的过程，它不能决定电荷在电场中某点的电势能，因此要选定一个电势能零点。

电势的概念既是重点，也是难点。

由于学习重力势能时没有学习与电势相对应的物理量，如“重力势”，教材通过类比电场强度的定义方法来定义电势。

在引入电势概念之前要先让学生体会到电势能的大小与试探电荷的电荷量有关，不能用来描述电场的性质。

要让学生带着寻找一个与试探电荷无关的、完全由电场的性质决定的、可以描述电场能的性质的物理量去学习。

等势面的概念是类比地理中的等高线引入的，这一概念学生不难把握，最后教材介绍了等势面的性质及用途。

在阐述“等势面一定与电场线垂直”这一性质时，教材运用了反证法。

本节内容对学生能力的提高和物理知识的灵活运用起到了较好的促进作用。

【教学目标】
1．知识与技能
（1）通过讨论静电力对试探电荷做功，知道静电力做功与路径无关的特点。

（2）将静电力做功与重力做功进行类比，理解静电力做功与电势能变化的关系。

认识电势能的相对性。

（3）知道电势的定义方法及其定义公式、单位。

（4）知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面。

2．过程与方法
（1）通过与前面知识的结合，理解电势能的变化与静电力做的功的关系，从而更好的理解电势能和电势的概念。

（2）培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。

（3）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
（1）尝试运用物理原理和研究方法解决一些抽象物理概念，增强科学探究的价值观。

（2）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。

【教学重点】
明确静电力做功与电势能变化之间的关系，培养学生的科学探究能力。

【教学难点】
1.电势能概念的建立。

2.通过类比、猜想论证，归纳总结出静电力做功与电势能变化之间的关系。

【教学课时】2课时（第1课时讨论静电力做功和电势能，第2课时讨论电势和等势面。

本教学设计为第1课时）
【教学器材准备】多媒体教学
【教学方法】类比探究、分析归纳、讨论、讲授
【教学思路】
电势能和电势的概念对学生来说是比较抽象陌生的，当然也很难接受。

而我们结合教材通过类比探究、猜想论证，将静电力做功和电势能的变化与重力做功和重力势能的变化进行科学的类比。

类比电场强度的定义方法来定义电势，将等势面与地理中的等高线类比。

可以从提高学生的思维品质的角度来渗透类比法，运用类比法，在类比和猜想中增强学生逻辑思维能力形成物理概念和掌握物理知识。

通过师生、生生的互动，在教学相长、动态生成中完成教学目标，使课堂充满活力。

【教学过程】
复习前面相关知识。

1．重力做功与重力势能的变化及二者之间的关系。

重力做功与路径无关，仅与物体始末位置有关。

重力做正功，物体的重力势能减少，重力做负功（或物体克服重力做功），物体的重力势能增加。

2．复习功和能量的关系。

功是能量转化的量度。

引入新课。

第四节、电势能和电势（板书）
（第1课时）
一、静电力做功的特点（板书）
让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A 点运动到B点，我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。

分析三种情况下的电场力做功的数据结果（AM
W⋅
=），结合
qE
具体的问题情景，从中找到共同点和不同点，联系前面所学的知识，归纳得出以下结论。

静电力做的功只与电荷的始末位置有关，与电荷经过的路径无关。

（板书）
此结论对于非匀强电场也是成立的。

（板书）（说明：证明已超出了中学物理的要求，所以不必探究，只需知道结论即可。

）由于静电力做功也与路径无关，仅与电荷始末位置有关，所以电荷在电场中也具有与位置有关的势能。

（转到第二点：电势能）
二、电势能（板书）
讨论1：静电力做功与电势能变化的关系
通过类比，让学生从中感受到新知识的得出是建立在已有知识的基础上的。

归纳总结：
电荷在电场中移动，如果静电力做正功，则电势能减少，静电力做负功，则电势能增加，即静电力做功等于电势能的减少量。

（板书）
pB pA pA pB AB E E E E W -=--=)( （板书）
讨论2：对不同的电荷从A 运动到B 的过程中，电势能的变化情况：
正电荷从A 运动到B 电场力做正功，即有0>AB W ，则pB pA E E >，电势能减少。

●正电荷顺着电场线的方向移动，其电势能逐渐减少。

（板书） 负电荷从A 运动到B 电场力做负功（或克服电场力做功），即有0<AB W ，则pB pA E E <，电势能增加。

●负电荷顺着电场线的方向移动，其电势能逐渐增加。

（板书） 讨论3：电势能是否是电荷和电场这个系统所共有的
重力势能是物体和地球这个系统所共有的，那么电势能是否也是电荷和电场所共有呢？引导学生思考讨论：
（1）电荷极性、电荷量及所处电场变化，其电势能变化吗？（变化）
（2）电场中没有电荷或空间不存在电场，还有电势能吗？（没有）
对此分析得出：
电势能是电荷和电场这个系统所共有的，与重力势能相类似。

（板书）
电势能是标量，单位是能量单位：焦耳J。

（板书）
【思考与讨论】如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样，还能否建立电势能的概念呢？为什么？
不能，因为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”。

我们不妨假设电荷从电势能为零处沿不同路径移动到电场中另一点P，如果移动电荷时静电力做的功不同，那么，同一电荷在同一点P的“势能”就不同，这样，P点的势能就没有了确定的意义，所以，也就不能建立电势能的概念。

讨论4：求电荷在某点处具有的电势能。

如求下图A点的电势能。

引导学生类比分析：如何求出A点的重力势能呢？进而联系到电势能的求法。

则 E pA ＝W AB （以B 为电势能零点）
电势能具有相对性，电荷在某点的电势能等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。

（板书）
通过把电荷离场源电荷（产生电场的电荷）无穷远处或电荷在大地表面上的电势能规定为零。

（板书）
所谓“无穷远处”是把在该处试探电荷已不能探测到电场了。

拓展：求电荷在电场中A 、B 两点具有的电势能高低。

将电荷由A 点移动到B 点，根据静电力做功情况判断。

若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在A 点电势能大于在B 点的电势能。

反之静电力做负功，电势能增加，电荷在A 点电势能小于在B 点的电势能。

（板书）
通过对不同内容的拓展，引导学生能通过自己对不同事例的分析，全面地思考问题，提高思维的深度和发散能力，达到对物理学习全面化的探究要求。

本课小结：
1.静电力做功与电荷的始末位置有关，与电荷经过的路径无关。

2.静电力做功等于电势能的减少。

p pB pA AB E E E W ∆-=-=
3.电荷在某点的电势能等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。

4.本节课的探究思路（如下图）
作业：《优化方案》P22 第四节电势能和电势相应内容
【教学反思】
电势、电势能的概念比较抽象，与重力场的相关概念进行类比，有助于学生的理解．但应注意的是，在讲解中不仅要把握好教学的深度，同时要加强学生从不同的知识角度——能的角度、功能关系的角度学习本节知识，扩大并固化学生的知识网络。