4电势能、电势
一[教材分析]
本节内容为物理选修3－1中第一章静电场中第四节的教学内容，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量，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。
二[教学目标]
1．知识与技能
·理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。
·理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。
·明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。
·了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。
2．过程与方法
·通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。
·培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。
·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。
·利用等势面图象的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。
·在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。
三[教学重点和难点]
1．重点
·理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。
2．难点
·掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。
四[学情分析]
通过对必修内容的学习，学生对功的计算，重力做功的特点，重力做功与重力势能变化的关系，能量守恒定律等内容已相当熟悉，具备了学习本节内容的知识前提，但建立起电势能的概念对学生来说相对比较困难的，因为电场的概念特别抽象，特别是从力与能量两条线上同时研究电场，让学生感到有点“力不从心” ，知识迁移及灵活运用是学生学习过程中要跨越的一个台阶
五[教学方法] 理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、体验探究
六[课前准备] 视频，感应器电机，金属板，小球，电源，导电纸，描绘等势面
七[课时安排] 1课时
八[教学过程]
（一）情景引入、展示目标。
两个视频（泥石流，闪电），展示的都是灾难，在震惊的同时我们不得不感叹大自然的威力，那么从物理学的角度讲，泥石流和闪电都是大自然蕴藏能量的释放，请问泥石流释放的什么能量？闪电呢？带着这个疑问我们来学习第四节，《电势能和电势》。
演示：小球在静电力的作用下运动起来。
提问：请一位同学用物理知识解释小球运动的原因。
力的角度，小球在静电力的作用，做加速运动，速度越来越大。
功能角度，小球所受静电力做功，使小球动能增加，那么必然有其它形式的能转化成了小球的动能，为了研究这种能量，我们首先要研究静电力做功的特点。
（二）新课教学
一、静电力做功的特点
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静电力对电荷所做的功。
第一组，我们计算沿直线AB 移动电荷，AB 与电场方向的夹角为θ，W 1＝F|AB|cosθ＝qE|AM|
第二组，我们计算沿折线AMB 移动电荷，W 2=W AM +W MB =qE|AM|+0=qE|AM|
第三组，我们计算沿曲线ACB 移动电荷，W ＝W 1+W 2+W 3+……
W ＝qE|AB 1|+ qE|AB 2|+ qE|AB 3|+……= qE|AM|
分析三种情况下的做功的数据结果，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：静电力做的功与电荷经过的路径无关,只与电荷的起始位置和终点位置有关. 这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明，对于非
匀强电场也是适用的。
拓展：该特点对于非匀强电场中也是成立的。
二、电势能
“做功与路径无关，只与起始位置有关”这句话并不陌生，上一章《机械能》也有一个力做功时同样有这样的特点，是什么力？——重力。
由于重力做功与路径无关，使得同一物体在地面附近同一位置具有确定的重力势能。那么电荷在电场中，静电力做功与路径无关，使得电荷在电场中某点也具有势能，这种势能叫做电势能，可以用E p 表示。
重力势能的变化与重力做功密切的关系，下面我们先回顾一下。（找同学回答）
如图所示，从A 到B 重力做正功，重力势能减少；从B 到A 重力做负功，重力势能增加；重力的功等于重力势能的减少量。
类似的静电力做功与电势能的变化也有类似的关系，请同学们看下图，试分析静电力做功及电势能的变化情况。（找同学回答）
当正电荷从A 移动到B 时，静电力做正功，电荷电势能减小；正电荷从B 移C
A B C W 1 W 2 12 A B
动到A时，静电力做负功，电荷电势能增加。
由于功是能量变化的量度。所以：静电力做的功等于电势能的减少量。
设试探电荷在A点电势能为E PA，B点电势能为E PB，从A到B静电力做功为W AB则
有，W AB=E PA-E PB
通过以上分析可以看出，静电力做功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场
中某点的电势能数值。就像重力做功只能决定重力势能的变化量一样，那么我们是怎么确定
的物体在某一高度处的重力势能数值呢？（找同学回答）
对了，就是找参考面（零势能面），类似的，我们也可以规定电荷在电场中某点的电势
能为0，才能确定电荷在其它点的电势能数值。例如图中，规定B点的电势能E PB=0,电荷在
A点的电势能等于W AB。
思考：若规定A点的电势能为0，B点的电势能为多少？
E PB=-W AB=W BA
也就是说，电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力
做的功。
通常，规定电荷离场原电荷无限远处的电势能为零，或者规定电荷在大地表面上的电势
能为零。
虽然重力在重力场中做功，与电荷在电场中静电力做功相似，但还是有很大差异的。这
时由于存在两种电荷的缘故。同一电场中，同样从A点到B点移动正电荷与移动负电荷，
电荷的电势能变化是相反的。(如图所示)
例1：如图匀强电场的电场强度为E=1.5N/C,A、B两点的距离为l=10cm，把q1=2×10-9C
的正试探电荷从电场中的A点移动到B点，
（1）求电场力做的功。
A B E
（2）若规定B点为电势能零点，求电荷q1在A点的电势能。
（3）若把q2=4×10-9C的试探电荷放在电场中的A点，电荷所具有的电势能是多少？
W AB= 3×10-10J E P1= 3×10-10J E P2= 6×10-10J
同样在A点，由于所放的电荷不同，电势能是不同，但毕竟是在同一电场中的同一点，
应该具有相同的性质，这种性质不应该受到电荷的影响，怎样研究电场的这种性质呢，回想
前面电场强度的定义，利用电场力和电荷量的比值来表征电场的性质，同样的，我们也可以
用电荷的电势能和电荷量的比值来描述电场另一个性质，这个物理量叫做电势。
三、电势
