第一章电势能与电势差
第1节、电场力做功与电势能
【教材分析】
本节内容为选修3－1中第2章静电场中第1节的教学内容，它是在学生学完电场力的性质之后认识电场能的性质引入的，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，推知在匀强电场中电场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。电场力做功的过程就是电势能的变化过程，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。
【教学目标】
1．知识与技能
（1）理解静电力做功的特点、电势能的概念。
（2）明确电势能与电场力做功的关系。
2．过程与方法
（1）理解电势能与电场力做功的关系，从而更好的了解电势能概念。
（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：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。
【教学重点和难点】
1．重点：掌握电势能与电场力做功的关系，并能用此解决相关问题。
2．难点：理解掌握电势能的概念及意义。
【学情分析】
1、对学生原有认知结构的分析：学生在必修课中已比较熟练地掌握了受力分析、功的计算、重力做功的特点，重力势能等知识。在第1章的前几节刚学过电场力、电场强度等知识，已具备学习本节内容的能力。
2、学生可能存在的问题：电势能较为抽象，学生不容易理解；学生对利用力学知识处理电学问题不适应；学生不容易把重力做功的特点的知识迁移到电场力做功中。
3、学法指导：根据学生已有的知识基础和学生的实际接受能力及心理特点，本节课采用以下几种方法进行指导：
①给予学生思考的时间和机会，让学生参与解决问题，培养自主学习能力.
②让学生进行分组讨论,共同解决问题,培养学生团结协作的精神.
③让学生用已有的知识演绎推理，归纳总结出新的规律，提高学生的划规意识（由力学到电学）实现知识的正迁移。
【设计思路】
类比是人类研究、理解未知事物的一种有效而常用的方法。学生对重力场中重力的概念、重力做功跟始末位置的“高度差”有关的规律有直观的印象。所以从重力做功概念出发，通过类比建立电场力做功概念，提出电势能的概念，是一种易于理解而直观的方法。教材中把电场力做功和电势能编排在同一节，旨在通过类比，把重力做功与重力势能变化
的关系和电场力做功与电势能变化的关系联系起来，把重力势能和电势能联系起来，从而突出重点，突破难点
【教学课时】1课时
【实验器材准备】多媒体、课件
【教学方法】理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例
【教学过程】
【复习前面相关知识】
1．电场力，电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。
2．复习功和能量的关系：功是能量转化的量度！
3、功的计算：W=Fscosθ
4、重力做功的特点：
(1)与路径无关,由初末位置的高度差来决定.
(2)重力做功W G与重力势能变化的关系：重力做正功，重力势能减少；
重力做负功，重力势能增加W重= E P1-E P2
(3)重力势能是相对的,须选定零势能参考面
【引入新课】如图所示从静电场中电场力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么能转化为试探电荷的动能？
【新课】
一、电场力做功的特点
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电场力对电荷所做的功。
分析两种情况下做功的数据结果，结合具体的问题情景，从中找到
共同点和不同点，联系前面所学的知识，归纳得出相关的物理知识。
从中发现问题和知识结论。
结论：电场力做功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。
拓展：该特点对于非匀强电场中也是成立的。
二、电势能
引导：做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？
1．电势能：电荷在电场中也具有与电荷位置有关的能，我们叫做电势能。电势能用Ep表示。
2、相对性：电荷在电场中某点的电势能跟零势能的选取有关，选择不同的零势能点，电荷所具有的电势能不同。
通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。
3、电势能是标量，但有正负。
4．讨论：电场力做功与电势能变化的关系
通过知识的类比，让学生能从中感受到新知识的得出也可以通过已有获取。
电场力做的功等于电势能的变化。功是能量变化的量度。
电场力做多少功，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，而他们总量保持不变。
W AB＝－（Ep B－Ep A）＝Ep A－E PB
正电荷从A运动到B电场力做正功，即有W AB>0，则Ep A>Ep B，电势能减少。
●正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。
负电荷从A运动到B电场力做正功，即有W AB<0，则Ep A>Ep B，电势能增加。
●负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。
三、重力势能和电势能类比
四、课堂典型例题
五、课堂小结
【教学反思】
通过实践教学，重在让学生有对比的观点去学习物理知识。课中多次用到类比的物理思想，让学生对知识有更多的牵连，能对前面的知识达到灵活的应用，牵带多种方法学习物理知识，同时也反映出了选修3－1的设计思想。本教学设计，同时把重力势能和电势能类比教学，克服了电势能的抽象性；增强了知识点的联系，极大地降低了学习难度。实际教学表明，反映本章难学的学生人数大大减少了。
【学情分析】
1、对学生原有认知结构的分析：学生在必修课中已比较熟练地掌握了受力分析、功的计算、重力做功的特点，重力势能等知识。在第1章的前几节刚学过电场力、电场强度等知识，已具备学习本节内容的能力。
2、学生可能存在的问题：电势能较为抽象，学生不容易理解；学生对利用力学知识处理电学问题不适应；学生不容易把重力做功的特点的知识迁移到电场力做功中。
3、学法指导：根据学生已有的知识基础和学生的实际接受能力及心理特点，本节课采用以下几种方法进行指导：
①给予学生思考的时间和机会，让学生参与解决问题，培养自主学习能力.
②让学生进行分组讨论,共同解决问题,培养学生团结协作的精神.
③让学生用已有的知识演绎推理，归纳总结出新的规律，提高学生的划规意识（由力学到电学）实现知识的正迁移。
教学效果
1、知识与技能：
通过学习理解静电力做功的特点、电势能的概念。明确电势能与电场力做功的关系。2、过程与方法：
（1）理解电势能与电场力做功的关系，从而更好的了解电势能概念。
（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。通过热情参与实验，培养学生勇于探究的精神；培养学生主动参与科学研究的良好学习习惯；培养学生团队合作精神；让学生进一步深刻体会到了“通过现象看本质”的哲学思想的含义。培养了学生科学的探究态度并树立了正确的价值观。
教材分析
本节内容为选修3－1中第2章静电场中第1节的教学内容，它是在学生学完电场力的
性质之后认识电场能的性质引入的，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，推知在匀强电场中电场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。电场力做功的过程就是电势能的变化过程，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。
第一节电场力做功与电势能
学习目标
1、运用类比法理解静电力做功的特点和电势能的概念；
2、运用类比法理解电场力做功与电势能变化的关系；
3、会求匀强电场中电场力做多少功，以及做功的正负；
4、会判断电荷在电场中移动时电势能是增加还是减小，变化多少？
新知导学
一、电场力做功的特点
[问题情境]如图所示,在场强为E的匀强电场中有相距为d的A、M两点，已知AB=L，连线AB与电场线的夹角为 ，试求试探电荷+q沿不同路径从A运动到M电场力所做的功。
⑴q沿直线从A到M
⑵q沿折线从A到B、再从B到M
结论：电场力做功只与电荷的有关，与电荷经过的无关。
在匀强电场中，电场力做的功为W＝ _____.其中d为电荷的始末位置__________的距离.
二、电势能
定义：电荷在电场中 .
电荷在电场中某点的电势能等于。
相对性：电势能的大小与选取的_______有关（通常取无穷远处或大地的电势能为零）。
电势能为量，但有。
三、电场力做功与电势能的变化
电荷电势能的变化只与做功有关；
电场力对电荷做正功，电势能_____ ，电场力对电荷做负功，电势能_____ ；
电场力对电荷做功的多少等于电荷电势能的变化量，关系式：。
四、重力势能和电势能类比
重力场电场
重力场中重力：地球和物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷之间的作用力
重力做功的特点：电场力做功的特点：
有重力就有势能有电场力就有相应的能，叫
重力势能是量，但有具有电势能是量，但有具有
关系式
重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能就重力做负功，重力势能就关系式
电场力作功，电势能改变电场力做正功，电势能就电场力做负功，电势能就
[例题]如图,在场强E=1×103N/C的匀强电场中,点电荷q=+1c从B移动到A，AB相距d=1m,电场力做功为多少?电势能增加了还是减少了？改变了多少？
若将电荷改为带电荷量为1C的负电荷呢？
五、讨论与交流
1、正电荷顺着电场线的方向移动，电场力做正功还是负功？电势能是增加还是减小？
2、正电荷逆着电场线的方向移动，电场力做正功还是负功？电势能是增加还是减小？
3、负电荷顺着电场线的方向移动，电场力做正功还是负功？电势能是增加还是减小？
4、负电荷逆着电场线的方向移动，电场力做正功还是负功？电势能是增加还是减小？
5、两个同种电荷靠近时，电场力做什么功？电势能增加还是减小？远离时呢？
6、两个异种电荷靠近时，电场力做什么功？电势能增加还是减小？远离时呢？
针对性练习
1．右图为电场中某一条电场线，方向向右，在线上取两点a、b ，今将一电荷＋q从a移到b则（）
A.电场力做正功，＋q的电势能增加；
B.电场力做负功，＋q的电势能增加；
C.电场力做正功，＋q的电势能减少；
D.电场力做负功，＋q的电势能减少。
2．一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了
5×10－6J的功，那么
A．电荷的电势能增加了5×10－6J B．电荷的动能减少了5×10－6J
C．电荷的电势能减少了5×10－6J D．电荷的动能增加了5×10－6J
3．只受到电场力作用的电荷，下列说法正确的是( )
A.顺着电场线运动的电荷，电势能一定减少
B.逆着电场线运动的电荷，电势能一定增加
C.电场力做正功，电荷动能一定增加
D.电场力做负功，电荷电势能一定减少
4、A和B为电场中某条电场线上的点，如图：将q=4×10-9c的正电荷从A点移到B点需克
A B
a b
服电场力做功5 ×10-7J，则
⑴电场方向由A→B还是B→A？
⑵电荷在哪点时电势能大？大多少？
教学反思
首先，在课堂形式上显得比较单一，和孩子们的互动不是很多，替孩子们回答的较多，在课堂中出现的问题没能够灵活处理，给学困生的鼓励较少。
其次，在知识的讲解上也存在一些问题。
再次，小组合作学习时间太少，教师指导还不到位，只照顾到个别小组。因此，汇报交流时，个别小组不太积极。
总之，课堂教学是教师与学生的双边活动。要提高中学数学课堂教学质量，必须以学生为本，凭借数学思维性强、灵活性强、运用性强的特点，精心设计，给学生一些机会，让他自己去体会；给学生一点困难，让他自己去解决；给学生一个问题，让他自己找答案；给学生一种条件，让他自己去锻炼；给学生一片空间，让他自己去开拓。注重学生优秀思维品质的培养，变被动为主动，变学会为会学，这样就一定能达到传授知识，培养能力的目的，收到事半功倍的效果。
课标分析
3-1的课标涉及的内容主要有三大部分，也就是电场、电路、磁场。这三部分内容在物理学中都占有非常重要的地位，同时这三部分内容也与我们今天的生活，与技术的运用密切相关。而学习这些内容，也是培养我们学生动手实验能力这样一个很重要的资源。这一块内容和前面物理一、物理二比起来，其中一个很主要的特点是介绍了场这样一种实物以外的物质存在形式。在物理一、物理二，学生们学的都是实在的可以看得见听得见的。但这个它有一个是否能够感觉得到看不见的物质存在。场的观点对物理来说应该是物理学上的一次飞跃。但对学生来说会是学习当中的一个比较疑惑的地方。在这一块我们设计到的场和物在课标当中也是我们老师们应该在教学过程当中关注的地方。在物理3-1这个模块中，包括了3个二级主题，19个三级主题。虽然说这个主题的内容不是特别的多，但是我们发觉它在物理学当中的地位是很重要的，因为它开创了第二次技术革命的浪潮——电和磁。同时这一模块的内容也是进一步学习物理学的基础。
3-1教材编排层次清晰，逻辑性强，内容层层递进，前后衔接顺畅。整本书主要介绍了电磁学基础，第1章静电学是电学基础，为以后各章提供了知识准备，本章内容从电场力的
性质介绍了电场特点；第2章从“电场力做功”导入，与前一章衔接顺畅，顺利过渡到电场能的性质；第3章中“历史的回眸”是谈从经典到电流（即动电）的辩证发展过程，意味着本章与上一章有必然的内在联系；第4章以“从闭合电路找原因”导入，起到了展示矛盾、突出重点、激发探究兴趣的作用然后以闭合电路和逻辑电路为线索分节编写；有了前四章做基础，第5章、第6章的知识在对比的基础上就一气呵成了。