第二單元教學設計（4、5、6三節）
4. 「電勢能和電勢」教學設計
一、內容及其解析
內容：電勢能、電勢、等勢面的概念及意義，電勢能與靜電力做功的關係。
解析：電勢能、電勢是電磁學開篇章節靜電場中的重點內容，它從能量的角度反映了電場的性質，對它的研究為以後學習電功、電動勢、電磁能奠定了知識基礎。
二、目標及其解析
會利用電勢能、電勢、靜電力做功之間的關係並能用此解決相關問題。
三、教學問題診斷分析
問題1：在分析電勢能和靜電力做功的關係，並能用此解決相關問題時，學生可能比較困難。
解析：靜電力做功與路徑無關，這裡學生容易把靜電力的方向弄錯，進而判斷錯做功的正負，把電勢能的增減弄反。
問題2：計算電勢時容易只帶、的數值去計算。
解析：之前所學的、、計算大小時都只帶各物理量的數值去算，計算電勢時就容易混淆。
四、教學支援條件分析
在講等勢面時，可用ppt課件掛圖，讓學生有更直觀的視覺效果。
五．教學過程設計
複習前面相關知識。
1．靜電力，電場強度概念，指出前面我們從力的性質研究電場，從本節起將從能量的角度研究電場。
2．複習功和能量的關係：如圖所示從靜電場中靜電力做功使試探電荷獲得動能入手，提出問題：是什麼轉化為試探電荷的動能？
引入新課。
第四節、電勢能和電勢
一、靜電力做功的特點
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靜電力對電荷所做的功。
w＝f|ab|＝qe|ab| w＝f|ab|cosθ＝qe|abw＝w1+w2+w3+……
其中f＝qe|am|
分析三種情況下的做功的資料結果，結合具體的問題情景，從中找到共同點和不同點，聯絡前面所學的知識，歸納得出相關的物理知識。從中發現問題和知識結論。
結論：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關，與電荷經過的路徑無關。
拓展：該特點對於非勻強電場中也是成立的。
二、電勢能
尋找模擬點：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？屬於什麼能？
（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：靜電力做功也與路徑無關，是否隸屬勢能？我們可以給它乙個物理名稱嗎？
1．電勢能：由於移動電荷時靜電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。
【思考與討論】 如果做功與路徑有關，那能否建立電勢能的概念呢？
2．討論：靜電力做功與電勢能變化的關係
通過知識的模擬，讓學生能從中感受到新知識的得出也可以通過已有獲取。
靜電力做的功等於電勢能的變化。
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化，而他們總量保持不變。
wab＝－（epb－epa）＝epa－epb
【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做正功，即有wab>0，則epa>epb，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做正功，即有wab<0，則epa>epb，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？
學生思考後無法直接求出，不妨就此激勵學生，並提出模擬方法。
模擬分析：如何求出a點的重力勢能呢？進而聯絡到電勢能的求法。
則 epa＝wab （以b為電勢能零點）
電荷在某點的電勢能，等於靜電力把它從該點移動到零勢能位置撕所做的功。
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定為零，或把電荷在大地表面上的電勢能規定為零。
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，根據靜電力做功情況判斷。
若靜電力做功為正功，電勢能減少，電荷在a點電勢能大於在b點的電勢能。反之靜電力做負功，電勢能增加，電荷在a點電勢能小於在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面，達到對問題的全面解決。提高思維的深度和發散能力，達到對物理學習全面化的**要求。
三、電勢
我們通過靜電力的研究認識了電場強度，現在要通過電勢能的研究來認識另乙個物理量──電勢。它同樣是表徵電場性質的重要物理量度。
通過模擬可見，若用左圖中的ep/m，或右圖中的ep/q，它們的值是相同的。
如何來表徵這個相同的量呢？
讓學生很快能想到用比值定義法來定義物理量，對知識活學活用。
上面討論的是特殊情況，下面我們來討論一般情況：（如圖）
epa＝qe場lcosθ
可見，epa與q成正比，即電勢能跟電荷量的比值epa/q都是相同的。對電場中不同位置，由於l與θ可以不同，所以這個比值一般是不同的。
電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值，是由電場中這點的位置決定的，跟試探電荷本身無關。
得出結論後，引導學生模擬電場的得來過程，提出新的物理量──電勢。
1．定義：電荷在電場中某一點的電勢能與他的電荷量的比值，叫做這一點的電勢。用φ表示。 表示式：φ＝ep/q （與試探電荷無關）
2．電勢是標量，它只有大小沒有方向，但有正負。
3．單位：伏特（v） 1v＝1j/c
物理意義：電荷量為1c的電荷在該點的電勢能是1j，則該點的電勢就是1v。
以上結論由學生得出，自己能用所學知識進行簡單的描敘，培養相關應用歸納知識的能力。
思索：如何來判斷電勢的高低呢？
讓學生明白：根據靜電力做功的正負，判斷電勢能的變化，進而判定電勢的高低。現通過具體情景來進行分析。
4．電場線指向電勢降低的方向。
電勢順線降低；順著電場線方向，電勢越來越低。
與電勢能相似，我們知道ep有零勢能面，因此電勢也具有相對性。
引導學生得出：應該先規定電場中某處的電勢為零，然後才能確定電場中其他各點的電勢。
5．零電勢位置的規定：電場中某一點的電勢的數值與零電勢的選擇有關，即電勢的數值決定於零電勢的選擇。因此電勢有正負之分，是由於其零電勢的選擇決定。
通常以大地或無窮遠預設為零。
與零電勢能的位置規定是否有相似之處呢？
與知識進行模擬，從前面的結論中領會到知識的相通性，能對知識進行模擬應用。
【思考與討論】參看書上的問題進行思考與討論，然後思考若是q當做負電荷來進行研究，其結果是否一樣呢？
四、等勢面
在地理課上常用等高線來表示地勢的高低。今天我們學習了電勢的知識後，那我們可以用什麼來表示電勢的高低呢？
學生：在電場中常用等勢面來表示電勢的高低。
1．等勢面：電場中電勢相同的各點構成的面。
【體驗性實踐】尋找等勢面：找正點電荷和帶電平行金屬板中的等勢面。
通過體驗性實踐活動，讓學生明白到如何去尋找等勢面，達到對後續結論**創設前置氛圍。
**掛圖，從中尋找不同電場中等勢面的不同和相同點，進行合理猜想。
2．等勢面與電場線的關係
⑴在同一等勢面上各點電勢相等，所以在同一等勢面上移動電荷，靜電力不做功。
wab＝epa－epb＝qφa－qφb＝0
討論：什麼情況下會出現力做功為零的情況？
引導分析得出：f⊥v
⑵電場線跟等勢面一定垂直，即跟電場強度的方向垂直。
引導學生用反證法達到證明的目的，加深對知識點的應用。
而沿著電場線的方向，電勢越來越低。
歸納總結可得出：電場線跟等勢面垂直，並且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。
若兩個相鄰的等勢面間的電勢之差是相等的，則能得到書上圖1．4－5的圖形。**圖形或掛圖，結合電場線的特點，可得出結論。
⑶等勢面越密，電場強度越大。
⑷等勢面不相交、不相切。
3．應用等勢面：由等勢面描繪電場線
方法：先測繪出等勢面的形狀和分布，再根據電場線與等勢面的關係，繪出電場線的分布，於是我們就知道電場的情況了。
【體驗性實驗】測繪兩個異種點電荷的靜電場分布。
加強體驗性實驗的教學，讓學生形成深刻印象，達到對知識應用能力的提高。
六．評價設計
a組：1．在電場中( )
a．某點的電場強度大，該點的電勢一定高
b．某點的電勢高，檢驗電荷在該點的電勢能一定大
c．某點的場強為零，檢驗電荷在該點的電勢能一定為零
d．某點的電勢為零，檢驗電荷在該點的電勢能一定為零
解析：選d.場強大處電勢不一定高，a錯；由ep＝qφ知：正電荷在電勢高處電勢能大，負電荷在電勢低處電勢能大，在電勢為0處電勢能為0，故b、c錯，d對．
2．如圖1－4－6所示，q是帶正電的點電荷，p1和p2為其電場中的兩點．若e1、e2分別為p1、p2兩點的電場強度的大小，φ1、φ2分別為p1、p2兩點的電勢，則( )
圖1－4－6
a．e1>e2，φ1>φ2 b．e1>e2，φ1<φ2
c．e1φ2 d．e1解析：選a.由e＝知e1>e2，由電場線方向p1指向p2知，φ1>φ2，故a對．
3．(2023年天津紅橋區高二檢測)如圖1－4－7所示的電場中有a、b兩點，下列判斷正確的是( )
圖1－4－7
a．電勢φa>φb，場強ea>eb
b．電勢φa>φb，場強eac．將電荷量為q的正電荷從a點移到b點，電場力做正功，電勢能減少
d．將電荷量為q的負電荷分別放在a、b兩點，電荷具有的電勢能epa>epb
解析：選bc.順著電場線電勢逐漸降低，即φa>φb，由電場線疏密可知，ea4.
在如圖1－4－8所示的負點電荷產生的電場中，一檢驗電荷從a點分別移到b、c、d、e(在以o為圓心的圓周上)，則下列情況正確的是( )
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