張雅美

一、教學(xué)目標(biāo)

1.通過(guò)分析重力、彈簧彈力、摩擦力做功特點(diǎn)，進(jìn)一步理解勢(shì)能的概念。

2.通過(guò)討論靜電力對(duì)試探電荷做的功，知道靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。

3.理解電勢(shì)能的概念，理解電勢(shì)能的變化與靜電力做功的關(guān)系。認(rèn)識(shí)電勢(shì)能的相對(duì)性。

4.會(huì)計(jì)算電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力所做的功和電勢(shì)能的變化。

二、教材分析

電勢(shì)能是電場(chǎng)這一章節(jié)的重要概念，是重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能基礎(chǔ)上勢(shì)能概念的又一個(gè)具體體現(xiàn)。

三、學(xué)情分析

對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，勢(shì)能的概念一直是比較模糊的，在此基礎(chǔ)上建立電勢(shì)能的概念就更加困難。為此在教學(xué)中先通過(guò)分析重力、彈簧彈力、摩擦力做功的特點(diǎn)，讓學(xué)生體會(huì)到有些力做功與路徑無(wú)關(guān)，有些力做功與路徑有關(guān)。做功與路徑無(wú)關(guān)的力，才可引入與此力相對(duì)應(yīng)的勢(shì)能。

四、教學(xué)重點(diǎn)

電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)；電勢(shì)能的概念

五、教學(xué)難點(diǎn)

電勢(shì)能的概念的理解

六、教學(xué)用時(shí)

1課時(shí)

七、教學(xué)過(guò)程

1.導(dǎo)入新課

電荷放在電場(chǎng)中會(huì)受到靜電力的作用，在力的作用下移動(dòng)一段距離靜電力會(huì)做功，根據(jù)所學(xué)的功、能關(guān)系可知，靜電力做功的過(guò)程必然伴隨著某種能量的轉(zhuǎn)化，是電勢(shì)能嗎？

2.如何分析能否引入電勢(shì)能

相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢(shì)能。這個(gè)概念比較抽象，可通過(guò)重力、彈簧彈力、摩擦力做功分別討論。

過(guò)程1：物體沿直線由A移動(dòng)至B。

過(guò)程2：物體沿折線由A先到M再到B。

比較兩次重力做功。

結(jié)論：重力做功相同。

光滑水平面上的物體與彈簧相連，將彈簧壓縮到A后放手，物體在AB之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

過(guò)程1：物體由A直接運(yùn)動(dòng)至O。

過(guò)程2：物體由A先到B再到O。

比較兩次彈力做功。

結(jié)論：彈力力做功相同。

粗糙水平面上的物體在水平外力作用下做直線運(yùn)動(dòng)。

過(guò)程1：物體由A直接運(yùn)動(dòng)至B。

過(guò)程2：物體由A先到M再到B。

比較兩次摩擦力做功。

結(jié)論：摩擦力做功不同，過(guò)程2摩擦力做功多。

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，有的力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初末位置有關(guān)，如重力和彈力，有的力做功與路徑有關(guān)如摩擦力。某種力做功與路徑無(wú)關(guān)，就可引入與此力相對(duì)應(yīng)的勢(shì)能，如重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能，某種力做功與路徑有關(guān)，就不能引入與此力相對(duì)應(yīng)的勢(shì)能，所以沒(méi)有摩擦勢(shì)能。

能否引入電勢(shì)能，討論靜電力做功是否與路徑無(wú)關(guān)即可。

3.證明靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)，可以引入電勢(shì)能。

利用下圖求證靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)。若試探電荷沿直線從A移動(dòng)到B，靜電力做功WAB=Eqcosθ=EqAM。若試探電荷沿折線AMB從A移動(dòng)到B，則從A移動(dòng)到M，靜電力做功WAB=EqAM，從M移動(dòng)到B，因?yàn)殪o電力與位移垂直，WAB=O。所以從A移動(dòng)到B靜電力做功WAB=WAM+WAB=EqAM。若試探電荷沿任意曲線ANB從A移動(dòng)到B，可以用無(wú)數(shù)組跟靜電力垂直和平行的折線來(lái)逼近曲線ANB，此時(shí)每一小段曲線都可以看做直線。沿此直線移動(dòng)電荷，靜電力做的功等于沿與之對(duì)應(yīng)的折線移動(dòng)電荷做的功，而與靜電力平行的短折線長(zhǎng)度之和等于AM，所以靜電力做的功仍然等于EqAM。

如果在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中，利用微元法，通過(guò)同樣的分析與推導(dǎo)，上述結(jié)論仍然成立。

可見，靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)！所以可以引入與靜電力相對(duì)應(yīng)的勢(shì)能——電勢(shì)能。

4.推導(dǎo)靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系

重力做功等于重力勢(shì)能的減小量。

靜電力做功也等于電勢(shì)能的減小量，當(dāng)靜電力做正功電勢(shì)能減少，靜電力做負(fù)功電勢(shì)能增加。

功與勢(shì)能變化的關(guān)系用WAB=EpA-EpB=-ΔEp表示。

5.電勢(shì)能具有相對(duì)性

把電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能規(guī)定為零，即可能確定電荷在電場(chǎng)中其他點(diǎn)的電勢(shì)能。如果規(guī)定B點(diǎn)電勢(shì)能為0，根據(jù)WAB=EpA-EpB，可知WAB=EpA，所以電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能等于靜電力把電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能處時(shí)所做的功，EpA=WA0

6.電勢(shì)能具有系統(tǒng)性

只有在試探電荷處于電場(chǎng)中時(shí)，討論與靜電力做功緊密聯(lián)系的電勢(shì)能才有意義。所以，電勢(shì)能屬于電荷和電場(chǎng)系統(tǒng)共有。

7.鞏固提高

例題：有一電荷量q=-3×10-6C的點(diǎn)電荷，從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，克服靜電力做功3×10-4J。求：

①電荷的電勢(shì)能怎樣變化？變化了多少？

②以B點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)，電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能EpA是多少？

③如果把這一電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn)時(shí)靜電力做功9×10-4J，電荷的電勢(shì)能怎樣變化？變化了多少？

④如果選取C點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)，則電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能又是多少？

⑤比較兩個(gè)電勢(shì)能的數(shù)值你有什么收獲？

8.課堂小結(jié)

靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)！所以可以引入與靜電力相對(duì)應(yīng)的勢(shì)能——電勢(shì)能。

靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系WAB=EpA-EpB=-ΔEp

電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能等于靜電力把電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能處時(shí)所做的功，EpA=WA0

編輯 李琴芳