新教材人教版高中物理必修第三册第十章静电场中的能量 教案教学设计.docx

1、新教材人教版高中物理必修第三册第十章静电场中的能量 教案教学设计第十章静电场中的能量教学设计1.电势能和电势【教学目标】 目标与素养 1.利用知识的类比和迁移激发学生的学习兴趣，培养学生灵活运用知识的能力和对科学的求知欲。 2.利用等势面图像的对称美、形态美，让学生获得美的享受、美的愉悦，让学生自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。 3.在研究问题的过程中，培养学生突出主要矛盾、忽略次要因素的思维方法。 情境与问题 1.通过复习重力做功的特点及重力做功与重力势能的关系，对比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。 2.类比重力势能理解电势的概念，养成良好的科

2、学思维习惯。3.通过复习电场线和电场强度的关系，对比了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及等势面与电场线的关系过程与方法1.类比重力做功与重力势能的关系，理解电势能与静电力做功的关系，从而更好地了解电势能和电势的概念。2.培养学生类比知识的能力，以及对问题的分析、推理能力。3.培养学生分析问题、解决问题的能力，以及利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。【重点难点】重点：理解掌握电势能、电势的概念及意义。难点：掌握电势能与静电力做功的关系，并能用这些知识解决相关问题。【教学准备】教师准备：多媒体课件。学生准备：回顾上一章有关电场的基本知识，复习重力做功的特点以及重力做功与重力势能的关

3、系，预习新课。【教学过程】一、温故知新引人:我们已经建立了电场强度的概念，知道它是描述电场性质的物理量。倘若把一个静止的试探电荷放入电场中，它将在静电力的作用下做加速运动，经过一段时间后获得一定的速度，试探电荷的动能就增加了。我们知，这是静电力做功的结果，而功是能量变化的量度.那在这一过程中，是什么能转化成了试探电荷的动能呢?知道吗？师:同学们还记得重力做功的特点吗?生:重力做功具有跟路径无关的特点。思考:静电力也是场力，静电力做功同样为场力，那么，静电力做功会具有怎样的特点呢?结合下图分析试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿不同路径从A点运动到B点静电力做功的情况。(1)q沿直线从A点到B

4、点;(2)q沿折线从A点到M点，再从M点到B点;(3)q沿任意曲线从A点到B点。教师指导学生讨论,巡视学生分小组讨论的情况，并给予适当的指导。学生分组展示，结果都是W=qELAM=qELAB.与重力做功类比，得出结论。静电力做功的特点:在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。教师引导学生结合重力势能的知识和静电力做功特点建立电势能的概念。学生分组讨论，交换不同意见。学生得出结论后，教师提出问题让学生回答并给予补充。2.类比重力做功的变化与重力势能的关系，引出电势能的概念。(1)电势能:由于移动电荷时静电力做功与电荷移动的路径无关，电荷在电场中

5、也具有势能，这种势能叫作电势能。(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。如果用WAB。表示电荷由A点运动到B点静电力所做的功，EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点的电势能，它们之间的关系为WAB =EpA -EpB .学生归纳总结:静电力做正功，电荷的电势能减少;静电力做负功，电荷的电势能增加。静电力做多少功，电势能就变化多少，在只受静电力作用时，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变.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，负电荷在任意一点具有的电势能都为负。在负电荷产生的电场中，正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电

6、势能都为正。电荷在电场中某一点A具有的电势能E,等于将该点电荷由A点移到电势能零点静电力所做的功W，即Ep=W判断电荷在电场中A,B两点具有的电势能高低的方法:将电荷由A点移到B点，根据静电力做功情况判断。静电力做正功，电势能减少，电荷在A点的电势能大于在B点的电势能;反之，静电力做负功，电势能增加，电荷在A点的电势能小于在B点的电势能。电势能零点的规定:若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能为。的位置，物理学中通常把电荷在离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为0.3.得出电势的概念 电势是表征电场性质的重要物理量。通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出了电势的概念参

7、阅教材第28页图10.1-4并总结。(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比，叫作电场在这一点的电势。用表示。电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负。(2)公式:(与试探电荷无关）(3)单位:伏特(V)(4)电势与电场线的关系:沿着电场线方向电势逐渐降低(电场线总是指向电势降低的方向)(5)零电势位置的规定:电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择(一般规定大地表面或无穷远处的电势为0）【课堂小结】本节课我们学习了静电力做功的特点，通过静电力做功研究了电场的能的性质。重点学习了电势能和电势的概念、决定因素和特点，知道了电势是描述电场本身性质的重

8、要物理量。【课后作业】教材第29-30页“练习与应用”第2,6题。2.电势差【教学目标】目标与素养1.理解电势差的概念，知道电势差与电势零点的无关。2.掌握电势差的表达式，知道电势差的正、负号势高低之间的对应关系。3.会用认。及进行相关计算4.了解等势面的意义及其与电场线的关系。情境与问题1.通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做功的关系，从而更好地理解电势能和电势差的概念。2.利用等高线图像的特点，理解等势面图像的对称美，更好地理解等势线和等势面。过程与方法1.尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产活相关的实际问题，让学生感受科学探究的价值。2.利用知识类比和迁移激发学生的学习兴趣培养

9、学生灵活运用物理知识的能力和对科学的求知欲。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，以及利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。【重点难点】重点1.理解并掌握电势差的概念及意义。2.应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功。难点应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功。【课前准备】老师准备 多媒体课件，有关本节课的相关资料图片(如地理上的等高线等)。学生准备 回顾上节课有关静电力做功特点的知识，回顾地理课中有关等高线的知识，预习新课。【教学过程】 一、新课导入 电场和重力场在很多情况下是可以进行类比的。我们爬山过程中前、后位置有个高度差，那么，电场中电荷移动过程中前、后

10、位置有个什么差?没错，就是电势差。电场中的电势就类似于重力场中的高度。现在，让我们在这种类比中进一步理解电势差。二、新课教学某电场的等势面如图所示，试画出电场线的大致分布.若以C点为电势零点，则A点的电势为多少？D点的电势为多少？A、D两点的电势相差多少？若以B点为电势零点，则A点的电势为多少？D点的电势为多少？A、D两点的电势相差多少？小结：电势是描述电场能的性质的物理量，并且在电场中的不同位置，电势不同，那么不同点的电势的差值就叫做电势差电势差和哪些因素有关呢？本节我们就来研究它教师出示本节的教学目标.推导：请根据教材第31页的“电势差的定义”和前面电势能与电场力关系的变化关系，试着推导电

11、势差的定义式.学生可能出现以下两种推导：推导一：根据定义UABAB或者UBABA推导二：电荷在电场中从A移动到B时，静电力做的功WABEpAEpBqAqBq(AB)qUAB所以UAB【提出问题】1.据推导一思考：电势的多少与电势零点的选取有关吗？电势差与电势零点的选取有关吗？电势差一定是正值吗？2.推导二叫做比值法，UAB由什么决定，由WAB、q决定吗？WAB由q、UAB决定吗？可以与前面学过的哪个物理量的推导相类比？如何类比？3.电势差的物理意义是什么？4.电势差的单位是什么？【思考讨论】如图所示，如果B板接地(取大地的电势为0，则与大地相连的导体的电势也为0)，则A点电势为8 V，M点的电

12、势为6 V，N点电势为2 V，M、N两点间的电势差是多少？如果改为A板接地，B板电势多大？M、N两点电势各多大？M、N两点间电势差多大？【讨论后小结】1.电势差与电势的关系：UABAB或者UBABAUABUBA电势的数值与电势零点的选取有关，电势差的数值与电势零点的选取无关.2.物体在重力作用下从高处向低处移动时，重力做功，对于同一个物体，重力做功越多，高度差越大与此类似，同一个电荷从一点移动到另一点时，电场力做功越多，就说这两点间的电势差越大.3.电势差UAB与q、WAB均无关，仅与电场中A、B两点的位置有关.电势差的物理意义：电势差反映了电场本身的性质.UAB在数值上的含义：电场力作用下两

13、点间移动1 C的正电荷电场力做的功.4.单位：伏特符号：V. 1 V1 J/C.(设计意图：通过让学生自主推导电势差的公式，体验探究学习的过程，并且通过思考、讨论题目加深对问题的理解【典型例题】在电场中把电荷量为2.0109C的正电荷从A点移到B点，电场力做功1.5107J，再把这个电荷从B点移到C点，克服电场力做功4.0107J.(1)求A、B、C三点中哪点电势最高？哪点电势最低？(2)A、B间，B、C间，A、C间的电势差各是多大？(3)把1.5109C的电荷从A移到C，静电力做多少功？电势能如何变化？变化多少？(4)根据以上所得结果，定性地画出电场分布的示意图，标出A、B、C三点可能的位置

14、.【师生总结解题经验与教训】1.公式中做功要注意正与负，计算时电荷量也要代入电性，否则结果的正负容易弄错.2.电势差是电场中的电势之差，电势可以任意取，但电势差却不变，就像高度与高度差一样，且电势差可正可负.【课堂小结】 本节重点学习了电势差和电势的概念，以及两者的决定因素和特点，知道了电势是描述电场本身性质的重要物理量，并用等势面形象、直观地描述了电场的分布，了解了等势面的特点。【课后作业】教材第34页“练习与应用”第1 6题。3.电势差与电场强度的关系【教学目标】 目标与素养1.经历公式U = Ed的推导过程，理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系。2.通过对电势差和电场强度关系的

15、分析，培养学生的科学探究精神，让学生体会自然科学探究中的逻辑美。3.能够熟练应用公司U=Ed和解决相关问题，并能从不同角度认识电场，分析、寻找物理量之间的内在联系培养学生分析、解决问题的能力。情境与问题1.通过设置恰当的问题情境，应用问题教学法，启发、引导学生分析、推理电场强度与电势差之间的内在联系，得到电势差与电场强度的关系，并在推导过程中使学生明确公式U= Ed的适用条件。2.通过亲自动手的探究活动，得出电场强度和电势在数值上无直接关系的结论，即电场强度大的地方电势不一定高，电场强度为0的地方电势不一定为。，电场强度相同的地方电势不一定相同，电势相同的地方电场强度也不一定相同，培养学生对科

16、学的求知欲。3.利用教材中的“思考与讨论”，将前述特殊条件下得到的结论推广到更一般的情况，渗透科学研究方法的教学，最后以合作学习为主，激励、发动学生们多角度地思考问题，深刻体会公式U=Ed和的意义，使学生学会多角度、多方面地看问题，加强学生理性思维的训练。过程与方法 1.通过对匀强电场中电势差和电场强度的定性、定量关系的学习，培养学生分析、解决问题的能力。 2.通过探究电场强度的大小为什么等于两点间的电势差与这两点沿电场方向距离的比值，培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度。 3.通过从不同角度认识电场，分析、寻找物理量之间的内在联系，培养学生对科学的探究精神，让学生体会自然科学的逻辑美。【

17、重点难点】重点：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向距离的乘积。难点：电势差与电场强度的关系在实际问题中的应用。【教学准备】教师准备：多媒体课件。学生准备：回顾前两节课有关电场强度、电势差、电势、电势能的知识，并将这些内容加以比较，预习课本知识。【教学过程】一、温故知新（一）引入新课师：你学过哪些描述电场性质的物理量？生：电场的两大性质：力的性质，由电场强度描述，可用电场线形象表示；能的性质：由电势、电势差描述，可用等势面形象表示。师：等势面有哪些特点？生：等势面的特点：沿等势面移动电荷电场力不做功；等势面与电场线垂直，且电场线从高电势指向低电势；任两个等势面不相交。过渡既然

18、场强、电势、电势差都描述电场的性质，它们之间一定存在关系、什么关系呢？下面我们就来推导它们间的关系。（二）进行新课1、电场强度与电势的关系师：场强与电势差也无直接关系吗？如何进行讨论呢？学生思考后分析可仍从电场的等势面和电场线的分布图讨论：等势面上，每相邻两个等势面间距表示它们间的电势差，故可用等势面的疏密来表示电势差.由图知，电场线密处，等势面也密，即场强大处，电势差也大.师：场强与电势差有何定量关系？引导学生讨论在匀强电场中它们间的关系.右图是一个匀强电场，场强大小为E，A、B是沿电场方向上的两点，其电势差为U，A、B之间相距为d。现将一个电量为q的电荷由A移到B，你可以用几种方法计算电场

19、力所做的功？（1）WFdqEd（2）WqU即得：UEd 或 EUd若A、B不在同一条电场线上：如右图根据电势差的定义式，得UAB=用d表示A、B在场强方向上的距离AB，则上式可写为：UAB =Ed师生互动，得出总结结论：匀强电场中两点间 的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。师：上式是在匀强电场中推出的，它适用于非匀强电场吗？生：思考、讨论后回答：不适用。因为在非匀强电场中，电荷从A移至B的过程中，受的电场力为变力，W电场不能写成Fs.电场强度与电势差的关系：UAB =Ed注：只适用于匀强电场d：沿电场方向的距离问题由UAB=Ed，得到：，这个式子表示什么含义？从式子中可看出E的

20、单位是什么？生：在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上的电势差。由，可得E的单位为V/m，即1 V/m=1 N/C。引导学生推导1 V/m=1 N/C1 V/m=【典例分析】例1 如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，则a、c连线中点b的电势为（ ）A、等于35 V B、大于35 V C、小于35 V D、等于15 V解析：从电场线疏密可以看出由公式U=Ed可以判断，所以答案：C 例2如图所示,a、 b两点位于以负点电荷-Q(Q0)为球心的球面上，c点在球面外，则( ) A.a点的电场强度大小比b点的大B.b点的电场强度大小比c点的小C.a点的电势比b点的高D.b点的电势比c

21、点的低解析：根据,a点的电场强度大小等于b点的电场强度大小，A错误;b点的电场强度大小比c点的电场强度大，B错误;a点的电势与b点的电势相等，C错误;b点比c点离-Q近，所以b点的电势比c点的电势低，D正确,故选D.答案：D 【课堂小结】3.电容器的电容【教学目标】 目标与素养1.知道什么是电容器及常见的电容器。从物理学的视角认识自然、理解自然，建构关于自然界的物理图景。2.引导学生经历科学探究过程，知道电容器充电和放电时的电流情况，理解电容器电容的概念及物理意义，养成科学思维习惯。 3.掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论相关问题。体会科学研究方法，增强创新意识和实践能力，注重体现物理学科

22、的本质，培养学生的物理核心素养。 情境与问题 1.通过观察，了解电容器的构造和特点，通过类比，理解电容器电容的概念。借助已有的知识和方法，应用类比迁移的方法解决不熟悉的问题，培养学生的自我学习能力。结合实物观察与实验演示，在计算过程中理解掌握电容器的相关概念、性质。 2.通过体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养学生探究新事物的兴趣。过程与方法1.通过探究，理解平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系，培养学生互相讨论、互相协助、大胆创新的精神。2.通过观察，了解电容器的构造和特点，通过类比，理解电容器电容的概念，渗透内因决定事物本质的哲学观点。3.展示电容器两极带等量异种电荷，让学生体会

23、物理学中的对称美。【重点难点】重点：掌握电容器的概念、定义式及平行板电容器电容的决定式。难点：1.电容器充、放电过程的特点。 2.对电容物理意义的理解，电容器电容的计算与应用。【教学准备】教师准备多媒体课件，干电池、电容器、导线若干、发声芯片、两片较大金属板、塑料薄膜、电容表等。学生准备课前预习，准备学具，查阅资料，观察生活中的有关现象，分组调研等。【教学过程】一、创设情境，导入新课活动:用手机给全班拍照(使用闪光灯)。师:手机、照相机的闪光灯工作时，是用什么来直接供电的呢? 学生大多数回答是电源或电池。师:事实上，手机、照相机的闪光灯工作时不是靠供电，而是由一种重要的电学元件电容器来供电 展

24、示各种各样电容器的图片 引言:电容器在我们当今的生活中随处可见，如电脑、电视机、收音机、手机等几乎所有用电器中都有电容器。可见，电容器是一种应用十分广泛的电学元件，今天我们就来学习电容器以及描述其容纳电荷本领的物理量电容。二、教学过程1.电容器在我们的日常生活中，哪些电器中用到了电容器？教师用课件展示互联网链接图片电视、电脑、VCD等线路板。电容器是一种重要的电学元件，有广泛的应用。两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质电介质（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器。这两个金属板叫做电容器的极板。实际上，任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。(

25、出示电容器示教板，使学生仔细观察，找出电容器的共同点)任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体，组成一个电容器。电容器能贮藏电量和能量，两个导体称为电容的两极。下面以平行板电容器为例来学习有关电容器的一些基本知识。2电容器的充放电(通过课件演示充放电过程)（1）充电充电如图所示，把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷。电容器两板分别接在电池两端，两板带上等量异种电荷的过程叫做充电。充电过程的能量转化在充电过程中，从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。充电后，切断与电源的联系，两个极板上的电荷由于相互吸引而保存下来，两个极板间有电场存在。充电过程中

26、由电源获得的电能贮存在电场中，称为电场能。充电过程极板带电量Q增加，板间电压U增加，板间场强E增加，电能转化为电场能。（2）放电放电如图所示，如果把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷互相中和，电容器就不再带电。充电后的电容器两极板用导线相连，两极板上的电荷中和的过程叫做放电。放电过程的能量转化在放电过程中，从灵敏电流计可以观察到有短暂的放电电流。放电后，两极板间不再有电场，电场能转化为其它形式的能。放电过程极板带电量Q减少，板间电压U减小，板间场强E减小，电场能转化为其他形式能。二、电容1电容器所带的电荷量电容器所带的电荷量，是指每个极板所带电荷量的绝对值。2电容电容器是容纳电荷的容器

27、。充电后的电容器的两极板间有电势差，这个电势差跟电容器所带的电荷量有关。一个电容器容纳电荷的本领如何描述呢？用电容器所带电荷量描述吗？ 问题：甲电容器两板各带2C电量，板间电压为2000V，乙电容器两板各带3C电量，板间电压为4000V，能否说乙电容器容纳电荷的能力大呢？ 分析：不能。电容器所带电量越多，板间电压越大。对上述问题，不能在电压不同这种不对等情况下比较电荷量，应在相同电压下讨论，可取1V电压下对比它们的电荷量。甲：；乙：，所以甲容纳电荷的本领大。实验表明，一个电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间电压U成正比，比值是一个常量。但不同的电容器，这个比值一般是不同的，可见，这个比值表征了

28、电容器储存电荷的特性。总结：可用电容器所带电荷量与两板间电压的比值来描述电容器容纳电荷的本领。（1）定义电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。这是用比值定义法定义的。（2）公式用C表示电容，则有C（量度式）上式表示，电容器的电容在数值上等于使两板间电势差为1V时电容器需要带的电荷量。或等于使电容器两极板间电势差增加1V时所需的电荷量。需要的电荷量多，表示电容器的电容大。（3）物理意义(类比理解) 电容器 水容器 容纳电荷的能力 容纳水的能力 单位电压电容器所带电量 单位深度水容器所带水量（体积V） C S（横截面积） 确定的电容器C确定 确定的水容器S确定即：C

29、由电容器自身决定 由水容器自身决定电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，由电容器本身决定，与电容器是否带电无关。（4）单位在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号是F。如果一个电容器带1C的电量，两极板间的电势差是1V，这个电容器的电容就是1F。法拉这个单位太大，实际中常用较小的单位：微法(F)和皮法(pF)，它们与法拉的关系是：1F106F1012pF现在已经能够制成电容超过1F的电容器。三、平行板电容器的电容1平行板电容器两块平行且相互绝缘的金属板构成的电容器，叫做平行板电容器。平行板电容器是电容器中具有代表性的一种，是最简单的，也是最基本的电容器，几乎所有电容器都是平行板电容器的变

30、形。所以我们先研究平行板电容器的电容。2影响平行板电容器电容的因素现在我们研究平行板电容器的电容跟哪些因素有关。【演示】介绍静电计：静电计是在电容器的基础上制成的，用来测量电势差。把它的金属球接一导体，金属外壳接另一导体，从指针的偏角可测出两导体间的电势差，指针偏角越大，指针与外壳间电势差越大。将平行板电容器的一板固定于铁架台上，且与一外壳接地的静电计的金属球连接，手持有绝缘柄的另一极板，并将该板与静电计的外壳连接。用电池组给电容器充电后断开电源，保持极板上的电量Q不变。（1）保持极板上的电荷量Q不变，两极板间的距离d也不变，改变两极板的正对面积S。现象：S增大时，静电计指针偏角变小；S减小时，指针偏角变大。分析：根据C，Q不变。SU，则C增大。SU，则C减小。精确实验表明：C与S成正比。（2）保持极板上的电荷量Q不变，两极板的正对面积S也不变，改变两极板间的距离d。现象：板间距d增大时，静电计指针偏角变大；板间距d减小时，静电计指针偏角减小。分析：给电容器充电后断开电源，电源不再继续对电容器充电，同时也没有导线将两板相连，电容器