电势能和电势教学课件

时间:2021-03-29 11:59:50 教学课件 我要投稿

电势能和电势教学课件

  电势能和电势教学课件1

  一 教材内容分析

电势能和电势教学课件

  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。

  电势能和电势教学课件2

  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.

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