2010年10月04日 09:30
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【設(shè)計(jì)理念】

電場(chǎng)是一種客觀存在的物質(zhì)，但它又是看不見、摸不著的，描述它的電勢(shì)能、電勢(shì)和電勢(shì)差等物理概念都較為陌生和抽象，很難被學(xué)生接受，如果借助于類比的方法，可以將陌生的對(duì)象與熟悉的對(duì)象相比較，尋找不同事物變化中所具有的共性，給這些陌生的、抽象的、不易理解的事物（概念、規(guī)律）賦予間接的、形象的、通俗易懂的形象，有利于啟發(fā)學(xué)生思路，化難為易，使學(xué)生順利而全面地認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象和物理規(guī)律，達(dá)到知識(shí)的正遷移，形成物理概念和掌握物理知識(shí)。
在物理概念的學(xué)習(xí)中把電勢(shì)能、電勢(shì)和電勢(shì)差與重力場(chǎng)中的重力勢(shì)能、高度和高度差進(jìn)行科學(xué)的類比，達(dá)到掌握知識(shí)的目的。在物理規(guī)律的教學(xué)中，也可通過(guò)類比進(jìn)行遷移。利用重力做功的規(guī)律，可知重力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與重力和初、末位置的高度差有關(guān)，即W＝mgh，而且重力做多少功，重力勢(shì)能就改變多少，去適時(shí)引導(dǎo)，與電場(chǎng)力做功的規(guī)律相類比，告訴學(xué)生電場(chǎng)力做功與重力做功的特點(diǎn)相似，也與路徑無(wú)關(guān)，只與電荷量和初、末位置的電勢(shì)差有關(guān)，即W＝qU，這樣就不難理解電場(chǎng)力做多少功電勢(shì)能就改變多少這一物理規(guī)律，將大大減輕課堂教學(xué)的壓力。

【教學(xué)內(nèi)容】《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理(3-1)》

【教材分析】

本節(jié)內(nèi)容為普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理（司南版）選修3－1中第2章靜電場(chǎng)中第1節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，它是在學(xué)生學(xué)完電場(chǎng)力的性質(zhì)之后認(rèn)識(shí)電場(chǎng)能的性質(zhì)引入的，它處在電場(chǎng)強(qiáng)度之后，位于電勢(shì)差之前，起到承上啟下的作用。它是課程教學(xué)中利用物理思維方法較多的一堂課，尤其是用類比的方法達(dá)到對(duì)新知識(shí)的探究，同時(shí)讓學(xué)生就具體的物理知識(shí)遷移埋下思維鋪墊。

教材從電場(chǎng)對(duì)電荷做功的角度出發(fā)，推知在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功與移動(dòng)電荷的路徑無(wú)關(guān)。進(jìn)而指出這個(gè)結(jié)論對(duì)非勻強(qiáng)電場(chǎng)也是適用的，并與重力勢(shì)能類比，說(shuō)明電荷在電場(chǎng)中也是具有電勢(shì)能。電場(chǎng)力做功的過(guò)程就是電勢(shì)能的變化過(guò)程，而不能決定電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢(shì)能零點(diǎn)。對(duì)學(xué)生能力的提高和對(duì)知識(shí)的遷移、靈活運(yùn)用給予了思維上的指導(dǎo)作用。

【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識(shí)與技能

(1)靜電力做功的特點(diǎn)、電勢(shì)能的概念。

(2)明確電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系。

2．過(guò)程與方法

(1)通過(guò)與前面知識(shí)的結(jié)合，理解電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系，從而更好的了解電勢(shì)能概念。

(2)培養(yǎng)對(duì)知識(shí)的類比能力，以及對(duì)問(wèn)題的分析、推理能力。

(3)通過(guò)學(xué)生的理論探究，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。培養(yǎng)學(xué)生利用物理語(yǔ)言分析、思考、描述概念和規(guī)律的能力。

3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀：嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)、生活相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，增強(qiáng)科學(xué)探究的價(jià)值觀。利用知識(shí)類比和遷移激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)和對(duì)科學(xué)的求知欲。

【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】

1．重點(diǎn)：掌握電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問(wèn)題。

2．難點(diǎn)：理解掌握電勢(shì)能的概念及意義。

【學(xué)情分析】

1、 對(duì)學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的分析：學(xué)生在必修課中已比較熟練地掌握了受力分析、功的計(jì)算、重力做功的特點(diǎn)，重力勢(shì)能等知識(shí)。在第1章的前幾節(jié)剛學(xué)過(guò)電場(chǎng)力、電場(chǎng)強(qiáng)度等知識(shí)，已具備學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的能力。

2、學(xué)生可能存在的問(wèn)題：電勢(shì)能較為抽象，學(xué)生不容易理解；學(xué)生對(duì)利用力學(xué)知識(shí)處理電學(xué)問(wèn)題不適應(yīng)；學(xué)生不容易把重力做功的特點(diǎn)的知識(shí)遷移到電場(chǎng)力做功中。

3、學(xué)法指導(dǎo)：根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)生的實(shí)際接受能力及心理特點(diǎn)，本節(jié)課采用以下幾種方法進(jìn)行指導(dǎo)：

①     給予學(xué)生思考的時(shí)間和機(jī)會(huì)，讓學(xué)生參與解決問(wèn)題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力.

②     讓學(xué)生進(jìn)行分組討論,共同解決問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神.

③ 讓學(xué)生用已有的知識(shí)演繹推理，歸納總結(jié)出新的規(guī)律，提高學(xué)生的劃規(guī)意識(shí)(由力學(xué)到電學(xué))實(shí)現(xiàn)知識(shí)的正遷移。

【教學(xué)課時(shí)】 1課時(shí)

【實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備】多媒體、課件

【教學(xué)方法】理論、類比探究、分析歸納、討論分析、應(yīng)用舉例

【教學(xué)過(guò)程】

復(fù)習(xí)前面相關(guān)知識(shí)。

A．電場(chǎng)力，電場(chǎng)強(qiáng)度概念，指出前面我們從力的性質(zhì)研究電場(chǎng)，從本節(jié)起將從能量的角度研究電場(chǎng)。

B．復(fù)習(xí)功和能量的關(guān)系：功是能量轉(zhuǎn)化的量度！

1、功的計(jì)算：W=Fscosθ 

2、重力做功的特點(diǎn)：

(1)與路徑無(wú)關(guān)，由初末位置的高度差來(lái)決定。

2)重力做功W_G與重力勢(shì)能變化的關(guān)系  

重力做正功，重力勢(shì)能減少

重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加

W_重= E_P1-E_P2

(3)重力勢(shì)能是相對(duì)的，須選定零勢(shì)能參考面

引入新課：

如圖所示從靜電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功使試探電荷獲得動(dòng)能入手，提出問(wèn)題：是什么能轉(zhuǎn)化為試探電荷的動(dòng)能？

第1節(jié)、電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能

一、電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)

讓試探電荷q在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿幾條不同路徑從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，我們來(lái)計(jì)算這幾種情況下電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功。

W＝F|AB|＝qE|AB|      W＝F|AB|cosθ＝qE|AB|      W＝W₁ W₂ W₃ ……

其中F＝qE|AM|    

分析三種情況下做功的數(shù)據(jù)結(jié)果，結(jié)合具體的問(wèn)題情景，從中找到共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，聯(lián)系前面所學(xué)的知識(shí)，歸納得出相關(guān)的物理知識(shí)。從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和知識(shí)結(jié)論。

結(jié)論：電場(chǎng)力做功只與電荷的起始位置和終點(diǎn)位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。

拓展：該特點(diǎn)對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)中也是成立的。

二、電勢(shì)能

尋找類比點(diǎn)：力做功只與物體位置有關(guān)，而與運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)的事例在物理中有哪些呢？屬于什么能？（移動(dòng)物體時(shí)重力做的功與路徑無(wú)關(guān)同一物體在地面附近的同一位置才具有確定的重力勢(shì)能。）

思考：電場(chǎng)力做功也與路徑無(wú)關(guān)，是否隸屬勢(shì)能？我們可以給它一個(gè)物理名稱嗎？

1．電勢(shì)能：由于移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力做功與移動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能我們叫做電勢(shì)能。電勢(shì)能用E_p表示。

2．討論：電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系

通過(guò)知識(shí)的類比，讓學(xué)生能從中感受到新知識(shí)的得出也可以通過(guò)已有獲取。

電場(chǎng)力做的功等于電勢(shì)能的變化。

功是能量變化的量度。

電場(chǎng)力做多少功，電勢(shì)能就變化多少，在只受電場(chǎng)力作用下，電勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，而他們總量保持不變。

W_AB＝-(E_pB－E_pA)＝E_pB－E_PA

【思考討論】對(duì)不同的電荷從A運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中，電勢(shì)能的變化情況：

正電荷從A運(yùn)動(dòng)到B電場(chǎng)力做正功，即有W_AB>0，則

E_pA>E_pB，電勢(shì)能減少。

●正電荷順著電場(chǎng)線的方向其電勢(shì)能逐漸減少。

負(fù)電荷從A運(yùn)動(dòng)到B電場(chǎng)力做正功，即有W_AB<0，則

E_pA>E_pB，電勢(shì)能增加。

●負(fù)電荷順著電場(chǎng)線的方向其電勢(shì)能逐漸降低。

對(duì)此分析得出：電勢(shì)能為系統(tǒng)所有，與重力勢(shì)能相類似。

3．求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢(shì)能

問(wèn)題討論：在上面討論的問(wèn)題中，請(qǐng)分析求出A點(diǎn)的電勢(shì)能為多少？

學(xué)生思考后無(wú)法直接求出，不妨就此激勵(lì)學(xué)生，并提出類比方法。

類比分析：如何求出A點(diǎn)的重力勢(shì)能呢？進(jìn)而聯(lián)系到電勢(shì)能的求法。

則 E_pA＝W_AB （以B為電勢(shì)能零點(diǎn)）

電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于電場(chǎng)力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能位置時(shí)所做的功。

4．零勢(shì)能面的選擇

通常把電荷離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢(shì)能規(guī)定為零。

拓展：求電荷在電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)具有的電勢(shì)能高低。

將電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，根據(jù)電場(chǎng)力做功情況判斷。

若電場(chǎng)力做功為正功，電勢(shì)能減少，電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能大于在B點(diǎn)的電勢(shì)能。反之電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能小于在B點(diǎn)的電勢(shì)能

弄清正、負(fù)電荷在電場(chǎng)中電勢(shì)能的不同特點(diǎn)，判斷其做功特點(diǎn)再進(jìn)行判斷。

通過(guò)對(duì)不同內(nèi)容的拓展，引導(dǎo)學(xué)生能通過(guò)自己對(duì)不同事例的分析，知道對(duì)問(wèn)題考慮的全面性有所了解，同時(shí)能正確認(rèn)識(shí)到在分析問(wèn)題時(shí)還應(yīng)該思考問(wèn)題的不同側(cè)面，達(dá)到對(duì)問(wèn)題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散能力，達(dá)到對(duì)物理學(xué)習(xí)全面化的探究要求。

三、重力勢(shì)能和電勢(shì)能類比

四、課堂訓(xùn)練

1、如圖，強(qiáng)E=10³ N/C 的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，點(diǎn)電荷q= 1CA，

移動(dòng)到B,AB相距L=1m電場(chǎng)力做功為多少?電勢(shì)能如何

變化?電荷在A點(diǎn)具有的電勢(shì)能多大？

2、將帶電量為6×10-6C的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服電場(chǎng)力做了3×10-5J的功，再?gòu)?/SPAN>B移到C，電場(chǎng)力做了1.2×10-5J的功，則

（1）電荷從A移到B，再?gòu)?/SPAN>B移到C的過(guò)程中電勢(shì)能共改變了多少？

（2）如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少？

（3）如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在A點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少？

【板書設(shè)計(jì)】

第1節(jié)、電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能

一、電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)：電場(chǎng)力做的功只與電荷的起始位置和終點(diǎn)位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。

二、電勢(shì)能

1．電勢(shì)能：由于移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力做功與移動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能我們叫做電勢(shì)能。電勢(shì)能用Ep表示。

2．討論：電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系W_AB＝－（E_pB－E_pA）＝E_pA－E_PB

3．求電荷在某點(diǎn)處具有的電勢(shì)能：E_pA＝W_AB （以B為電勢(shì)能零點(diǎn)）

4．零勢(shì)能面的選擇

【教學(xué)反思】通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，重在讓學(xué)生有對(duì)比的觀點(diǎn)去學(xué)習(xí)物理知識(shí)。課中多次用到類比的物理思想，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)有更多的牽連，能對(duì)前面的知識(shí)達(dá)到靈活的應(yīng)用，牽帶多種方法學(xué)習(xí)物理知識(shí)，同時(shí)也反映出了選修3－1的設(shè)計(jì)思想。本教學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)把重力勢(shì)能和電勢(shì)能類比教學(xué)，克服了電勢(shì)能的抽象性；增強(qiáng)了知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，極大地降低了學(xué)習(xí)難度。實(shí)際教學(xué)表明，反映本章難學(xué)的學(xué)生人數(shù)大大減少了。

【設(shè)計(jì)思路】類比是人類研究、理解未知事物的一種有效而常用的方法。學(xué)生對(duì)重力場(chǎng)中重力的概念、重力做功跟始末位置的“高度差”有關(guān)的規(guī)律有直觀的印象。所以從重力做功概念出發(fā)，通過(guò)類比建立電場(chǎng)力做功概念，提出電勢(shì)能的概念，是一種易于理解而直觀的方法。教材中把電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能編排在同一節(jié)，旨在通過(guò)類比，把重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系和電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系聯(lián)系起來(lái)，把重力勢(shì)能和電勢(shì)能聯(lián)系起來(lái)，從而突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)。

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