2010年10月04日 09:30
來源：本站原創(chuàng)

【設計理念】

電場是一種客觀存在的物質(zhì)，但它又是看不見、摸不著的，描述它的電勢能、電勢和電勢差等物理概念都較為陌生和抽象，很難被學生接受，如果借助于類比的方法，可以將陌生的對象與熟悉的對象相比較，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)學生思路，化難為易，使學生順利而全面地認識物理現(xiàn)象和物理規(guī)律，達到知識的正遷移，形成物理概念和掌握物理知識。
在物理概念的學習中把電勢能、電勢和電勢差與重力場中的重力勢能、高度和高度差進行科學的類比，達到掌握知識的目的。在物理規(guī)律的教學中，也可通過類比進行遷移。利用重力做功的規(guī)律，可知重力做功與路徑無關，只與重力和初、末位置的高度差有關，即W＝mgh，而且重力做多少功，重力勢能就改變多少，去適時引導，與電場力做功的規(guī)律相類比，告訴學生電場力做功與重力做功的特點相似，也與路徑無關，只與電荷量和初、末位置的電勢差有關，即W＝qU，這樣就不難理解電場力做多少功電勢能就改變多少這一物理規(guī)律，將大大減輕課堂教學的壓力。

【教學內(nèi)容】《普通高中課程標準實驗教科書物理(3-1)》

【教材分析】

本節(jié)內(nèi)容為普通高中課程標準實驗教科書物理（司南版）選修3－1中第2章靜電場中第1節(jié)的教學內(nèi)容，它是在學生學完電場力的性質(zhì)之后認識電場能的性質(zhì)引入的，它處在電場強度之后，位于電勢差之前，起到承上啟下的作用。它是課程教學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到對新知識的探究，同時讓學生就具體的物理知識遷移埋下思維鋪墊。

教材從電場對電荷做功的角度出發(fā)，推知在勻強電場中電場力做功與移動電荷的路徑無關。進而指出這個結(jié)論對非勻強電場也是適用的，并與重力勢能類比，說明電荷在電場中也是具有電勢能。電場力做功的過程就是電勢能的變化過程，而不能決定電荷在電場中某點的電勢能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢能零點。對學生能力的提高和對知識的遷移、靈活運用給予了思維上的指導作用。

【教學目標】

1．知識與技能

(1)靜電力做功的特點、電勢能的概念。

(2)明確電勢能與電場力做功的關系。

2．過程與方法

(1)通過與前面知識的結(jié)合，理解電勢能與電場力做功的關系，從而更好的了解電勢能概念。

(2)培養(yǎng)對知識的類比能力，以及對問題的分析、推理能力。

(3)通過學生的理論探究，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。培養(yǎng)學生利用物理語言分析、思考、描述概念和規(guī)律的能力。

3．情感、態(tài)度與價值觀：嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)、生活相關的實際問題，增強科學探究的價值觀。利用知識類比和遷移激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生靈活運用知識和對科學的求知欲。

【教學重點和難點】

1．重點：掌握電勢能與電場力做功的關系，并能用此解決相關問題。

2．難點：理解掌握電勢能的概念及意義。

【學情分析】

1、 對學生原有認知結(jié)構的分析：學生在必修課中已比較熟練地掌握了受力分析、功的計算、重力做功的特點，重力勢能等知識。在第1章的前幾節(jié)剛學過電場力、電場強度等知識，已具備學習本節(jié)內(nèi)容的能力。

2、學生可能存在的問題：電勢能較為抽象，學生不容易理解；學生對利用力學知識處理電學問題不適應；學生不容易把重力做功的特點的知識遷移到電場力做功中。

3、學法指導：根據(jù)學生已有的知識基礎和學生的實際接受能力及心理特點，本節(jié)課采用以下幾種方法進行指導：

①     給予學生思考的時間和機會，讓學生參與解決問題，培養(yǎng)自主學習能力.

②     讓學生進行分組討論,共同解決問題,培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作的精神.

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

【教學課時】 1課時

【實驗器材準備】多媒體、課件

【教學方法】理論、類比探究、分析歸納、討論分析、應用舉例

【教學過程】

復習前面相關知識。

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

B．復習功和能量的關系：功是能量轉(zhuǎn)化的量度！

1、功的計算：W=Fscosθ 

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W_G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

W_重= E_P1-E_P2

(3)重力勢能是相對的，須選定零勢能參考面

引入新課：

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

第1節(jié)、電場力做功與電勢能

一、電場力做功的特點

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電場力對電荷所做的功。

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)合具體的問題情景，從中找到共同點和不同點，聯(lián)系前面所學的知識，歸納得出相關的物理知識。從中發(fā)現(xiàn)問題和知識結(jié)論。

結(jié)論：電場力做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。

二、電勢能

尋找類比點：力做功只與物體位置有關，而與運動路徑無關的事例在物理中有哪些呢？屬于什么能？（移動物體時重力做的功與路徑無關同一物體在地面附近的同一位置才具有確定的重力勢能。）

思考：電場力做功也與路徑無關，是否隸屬勢能？我們可以給它一個物理名稱嗎？

1．電勢能：由于移動電荷時電場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E_p表示。

2．討論：電場力做功與電勢能變化的關系

通過知識的類比，讓學生能從中感受到新知識的得出也可以通過已有獲取。

電場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(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】對不同的電荷從A運動到B的過程中，電勢能的變化情況：

正電荷從A運動到B電場力做正功，即有W_AB>0，則

E_pA>E_pB，電勢能減少。

●正電荷順著電場線的方向其電勢能逐漸減少。

負電荷從A運動到B電場力做正功，即有W_AB<0，則

E_pA>E_pB，電勢能增加。

●負電荷順著電場線的方向其電勢能逐漸降低。

對此分析得出：電勢能為系統(tǒng)所有，與重力勢能相類似。

3．求電荷在某點處具有的電勢能

問題討論：在上面討論的問題中，請分析求出A點的電勢能為多少？

學生思考后無法直接求出，不妨就此激勵學生，并提出類比方法。

類比分析：如何求出A點的重力勢能呢？進而聯(lián)系到電勢能的求法。

則 E_pA＝W_AB （以B為電勢能零點）

電荷在某點的電勢能，等于電場力把它從該點移動到零勢能位置時所做的功。

4．零勢能面的選擇

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。

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)電場力做功情況判斷。

若電場力做功為正功，電勢能減少，電荷在A點電勢能大于在B點的電勢能。反之電場力做負功，電勢能增加，電荷在A點電勢能小于在B點的電勢能

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。

通過對不同內(nèi)容的拓展，引導學生能通過自己對不同事例的分析，知道對問題考慮的全面性有所了解，同時能正確認識到在分析問題時還應該思考問題的不同側(cè)面，達到對問題的全面解決。提高思維的深度和發(fā)散能力，達到對物理學習全面化的探究要求。

三、重力勢能和電勢能類比

四、課堂訓練

1、如圖，強E=10³ N/C 的勻強電場中，點電荷q= 1CA，

移動到B,AB相距L=1m電場力做功為多少?電勢能如何

變化?電荷在A點具有的電勢能多大？

2、將帶電量為6×10-6C的負電荷從電場中的A點移到B點，克服電場力做了3×10-5J的功，再從B移到C，電場力做了1.2×10-5J的功，則

（1）電荷從A移到B，再從B移到C的過程中電勢能共改變了多少？

（2）如果規(guī)定A點的電勢能為零，則該電荷在B點和C點的電勢能分別為多少？

（3）如果規(guī)定B點的電勢能為零，則該電荷在A點和C點的電勢能分別為多少？

【板書設計】

第1節(jié)、電場力做功與電勢能

一、電場力做功的特點：電場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。

二、電勢能

1．電勢能：由于移動電荷時電場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。

2．討論：電場力做功與電勢能變化的關系W_AB＝－（E_pB－E_pA）＝E_pA－E_PB

3．求電荷在某點處具有的電勢能：E_pA＝W_AB （以B為電勢能零點）

4．零勢能面的選擇

【教學反思】通過實踐教學，重在讓學生有對比的觀點去學習物理知識。課中多次用到類比的物理思想，讓學生對知識有更多的牽連，能對前面的知識達到靈活的應用，牽帶多種方法學習物理知識，同時也反映出了選修3－1的設計思想。本教學設計，同時把重力勢能和電勢能類比教學，克服了電勢能的抽象性；增強了知識點的聯(lián)系，極大地降低了學習難度。實際教學表明，反映本章難學的學生人數(shù)大大減少了。

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

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