資源簡介

1.5 《電勢差及其與電場強度的關系》 課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 粵教版高中物理必修第三冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于粵教版高中物理必修第三冊第一章第五節，是靜電場知識體系中的關鍵環節。教材從電場力做功與路徑無關的特性出發，引出電勢能的概念，進而定義電勢差，并通過勻強電場中電勢差與電場強度的定量關系，建立電場“力”與“能”兩個視角的聯系。該節內容不僅深化了學生對電場本質的理解，也為后續學習電路、帶電粒子在電場中的運動等知識奠定基礎，具有承上啟下的作用。
學情分析
高二學生已掌握庫侖定律、電場強度、電場線等基本概念，具備一定的矢量分析能力。在力學中已學習重力做功與重力勢能的關系，為類比理解電場力做功與電勢能變化提供了認知基礎。但“電勢”“電勢差”等概念抽象性強，學生易將電勢差與電場強度混淆，難以理解其物理意義。此外，學生在從“力”的視角轉向“能”的視角分析問題時存在思維定勢，需通過情境創設與實驗演示幫助其建立能量觀念，突破思維障礙。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解電場力做功的特點，掌握電勢差的定義式UAB = WAB/q，能正確計算兩點間的電勢差。
2. 掌握勻強電場中電勢差與電場強度的關系式U = Ed，并能進行簡單計算與方向判斷。
科學思維
1. 通過類比重力場中重力做功與高度差的關系，構建電勢差的概念模型，發展類比推理能力。
2. 運用數學工具（比值定義法、公式推導）分析電場中“能”的規律，提升抽象思維與邏輯推理能力。
科學探究
1. 能設計簡單方案驗證電場力做功與路徑無關，體會控制變量法在物理探究中的應用。
2. 通過分析電場線與等勢面的關系，理解電場強度方向與電勢降低最快方向的一致性。
科學態度與責任
1. 在探究過程中培養嚴謹求實的科學態度，尊重實驗事實。
2. 認識電勢差在生活中的應用（如心電圖、示波器等），體會物理與科技、健康的緊密聯系。
教學重點、難點
重點
1. 電勢差的定義及其計算（UAB = WAB/q）。
2. 勻強電場中電勢差與電場強度的關系（U = Ed）及其應用。
難點
1. 理解電勢差是描述電場能的性質的物理量，與試探電荷無關。
2. 區分電場強度與電勢差的物理意義，理解E = U/d中d為沿電場方向的距離。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、類比法、講授法、合作探究法
教具準備
多媒體課件、靜電場模擬軟件、等勢面演示儀、電壓表、導線、電池組
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，提出問題
【5分鐘】 一、創設情境，激發思考 （一）、播放視頻：心臟起搏器工作原理動畫。
教師播放一段簡短動畫：展示心臟細胞膜兩側因離子分布不均形成電勢差，當心律失常時，起搏器釋放電脈沖刺激心肌收縮。引導學生觀察并提問：“為什么微小的電壓變化能控制心臟跳動？這里的‘電壓’在物理中叫什么？它與電場有什么關系？”通過生活實例引發認知沖突，讓學生意識到“電勢差”不僅是電路中的概念，更是電場本身的一種屬性。
（二）、回顧舊知，建立類比。
教師提問：“在重力場中，物體從高處下落，重力做正功，重力勢能減少。高度差越大，重力做功越多。那么在電場中，電荷從一點移動到另一點，電場力是否也做功？做功多少與什么因素有關？”引導學生回憶電場力做功的特點——只與初末位置有關，與路徑無關，類比重力場中高度差的概念，提出“電場中是否存在類似的‘高度差’來描述能量變化？”從而自然引出“電勢差”的概念。 1. 觀看視頻，思考電壓與電場的關系。
2. 回憶重力做功與高度差的關系。
3. 類比思考電場中是否存在“電高度差”。
4. 提出疑問：電勢差如何定義？
評價任務 觀察專注：☆☆☆
聯想遷移：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
設計意圖 以醫療科技中的真實應用導入，增強學習的現實意義；通過類比重力場，激活學生已有認知，降低抽象概念的理解難度，激發探究欲望。
新知建構，概念形成
【12分鐘】 一、定義電勢差，理解其物理意義 （一）、從功的角度定義電勢差。
教師在黑板上畫出勻強電場E，標出A、B兩點。設有一試探電荷+q從A點沿任意路徑移動到B點，電場力做功為WAB。提問：“若將電荷量變為2q，電場力做功變為多少？”學生易答為2WAB。繼續追問：“WAB/q是否改變？”引導學生發現該比值是一個與試探電荷無關的量，僅由電場本身和A、B位置決定。此時教師明確指出：這個比值就是A、B兩點間的電勢差，記作UAB，即UAB = WAB/q。強調單位為伏特（V），1V = 1J/C。并通過例題強化理解：若將+2×10-8C的電荷從A移到B，電場力做功4×10-6J，求UAB。計算得UAB = 200V，說明A點電勢比B點高200V。
（二）、辨析電勢差的方向與正負。
教師進一步講解：UAB = φA - φB，若UAB > 0，說明φA > φB，電場力對正電荷做正功，電勢降低。舉例說明：如同水從高處流向低處，正電荷在電場中自發從高電勢點移向低電勢點。通過動畫演示正負電荷在電場中的運動趨勢，幫助學生建立直觀印象。 1. 分析電場力做功與電荷量的關系。
2. 理解UAB = WAB/q的定義。
3. 計算具體電勢差值。
4. 理解電勢差正負的物理意義。
評價任務 公式理解：☆☆☆
單位換算：☆☆☆
方向判斷：☆☆☆
設計意圖 通過邏輯推導建立電勢差的定義，突出其“比值定義法”的科學思想；結合計算與實例，幫助學生掌握公式應用，理解電勢差的標量性與正負含義。
規律探究，建立聯系
【15分鐘】 一、推導勻強電場中U與E的關系 （一）、設定情境，引導推導。
教師在PPT上展示勻強電場E，方向水平向右，A、B兩點位于同一條電場線上，距離為d。設有一正電荷+q從A點沿電場方向移動到B點，電場力F = qE，做功WAB = F·d = qEd。根據電勢差定義UAB = WAB/q = (qEd)/q = Ed。由此得出：在勻強電場中，兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點沿電場方向距離的乘積，即U = Ed。教師強調此式僅適用于勻強電場，且d必須是沿電場方向的距離。
（二）、拓展分析，深化理解。
教師進一步提問：“如果B點不在A點正前方，而是斜上方，d該如何取值？”引導學生思考非沿電場方向移動的情況。通過分解位移，說明只有沿電場方向的分量才影響電勢差。接著提問：“若A、B兩點在同一等勢面上，UAB是多少？E又如何？”引導學生得出結論：等勢面上電勢差為零，電場強度方向垂直于等勢面。利用模擬軟件動態展示電場線與等勢面的正交關系，增強空間想象。
二、單位換算與物理意義升華 （一）、單位統一，揭示本質。
教師指出：由U = Ed可得E = U/d，因此電場強度的單位也可用V/m表示。1 N/C = 1 V/m。這表明電場強度不僅表示單位電荷所受的力，也表示單位距離上的電勢降落，即“電勢梯度”。引用愛因斯坦的話：“科學的最高目標是發現那些普遍的基本定律，從而能用邏輯推導出整個世界。”電場強度E正是這樣一種描述空間變化率的物理量，它揭示了電場中“力”與“能”的內在統一。 1. 參與公式推導過程。
2. 理解d為沿電場方向的距離。
3. 分析等勢面與電場線關系。
4. 理解E = U/d的物理意義。
評價任務 公式推導：☆☆☆
方向理解：☆☆☆
單位換算：☆☆☆
設計意圖 通過具體情境推導核心公式，培養學生邏輯思維；借助軟件可視化電場結構，突破空間想象難點；從單位統一角度深化對電場強度本質的理解，體現物理概念的統一美。
應用遷移，鞏固提升
【8分鐘】 一、典型例題解析 （一）、基礎計算題。
題目：在勻強電場中，A、B兩點相距0.2m，電場強度E = 500N/C，方向由A指向B。求：（1）A、B兩點間的電勢差UAB；（2）將+3×10-8C的電荷從A移到B，電場力做功多少？教師引導學生先畫出示意圖，明確方向關系。解：（1）UAB = Ed = 500 × 0.2 = 100V；（2）WAB = qUAB = 3×10-8 × 100 = 3×10-6J。強調正負號的處理與物理意義對應。
二、實際問題分析 （一）、解釋心電圖原理。
教師展示一張簡化心電圖，指出波形反映的是心臟不同部位細胞膜電勢差隨時間的變化。當心肌興奮時，細胞膜內外電勢差迅速變化，形成可檢測的電信號。醫生通過分析這些電勢差的幅度與節奏，判斷心臟健康狀況。這正是電勢差概念在生命科學中的重要應用，體現了物理知識的社會價值。 1. 完成電勢差與功的計算。
2. 畫圖輔助分析物理過程。
3. 理解心電圖中的物理原理。
4. 感悟物理與醫學的融合。
評價任務 公式應用：☆☆☆
作圖能力：☆☆☆
聯系實際：☆☆☆
設計意圖 通過典型例題鞏固知識應用，規范解題步驟；結合心電圖實例，實現從物理概念到科技應用的遷移，提升學生的社會責任意識。
課堂總結，升華情感
【5分鐘】 一、結構化回顧 （一）、梳理知識脈絡。
教師引導學生共同回顧本節課主線：從電場力做功與路徑無關出發，定義了描述電場能量屬性的物理量——電勢差UAB = WAB/q；在勻強電場中推導出U = Ed，建立了“力”與“能”的橋梁；并通過E = U/d理解了電場強度的另一重含義——電勢降落的快慢。整個過程體現了物理學中“守恒”與“變化率”的深刻思想。
二、激勵性升華 （一）、寄語未來學習。
“今天我們揭開的只是靜電場奧秘的一角。電勢差如同電場中的‘海拔’，而電場強度則是‘坡度’。正如登山者既要關注海拔高度，也要警惕陡峭坡度一樣，我們在分析電場時也需兼顧‘能’與‘力’兩個維度。希望同學們在未來的學習中，能像法拉第那樣，用敏銳的思維去感知看不見的場，用嚴謹的實驗去驗證內心的猜想。因為每一個微小的電勢差，都可能點燃改變世界的火花。” 1. 復述電勢差定義式。
2. 說出U = Ed的適用條件。
3. 理解E與U/d的關系。
4. 感受物理學習的意義。
評價任務 知識回顧：☆☆☆
意義理解：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 通過結構化總結幫助學生構建知識網絡；以激勵性語言升華主題，激發學生探索未知的興趣，培養科學情懷。
作業設計
一、基礎鞏固題
1. 關于電勢差的說法，正確的是（ ）
A. 電勢差與電場力做功成正比，與電荷量成反比
B. 電勢差的大小與試探電荷的電荷量無關
C. 若電場力做正功，則電勢差為正值
D. 電勢差是矢量，方向由高電勢指向低電勢
2. 在電場中把2.0×10-9C的正電荷從A點移到B點，電場力做功1.5×10-7J，再把這個電荷從B點移到C點，克服電場力做功4.0×10-7J。求：
（1）A、B兩點間電勢差UAB；
（2）B、C兩點間電勢差UBC；
（3）A、C兩點間電勢差UAC。
二、能力提升題
3. 如圖所示，勻強電場方向水平向右，A、B、C三點構成直角三角形，AB = 3cm，BC = 4cm，AC = 5cm。已知UAB = 60V，求：
（1）電場強度E的大小；
（2）B、C兩點間的電勢差UBC；
（3）若將-2×10-8C的電荷從B移到C，電場力做功多少？
【答案解析】
一、基礎鞏固題
1. B（解析：電勢差由電場本身決定，與試探電荷無關；C錯在未說明是正電荷；D錯在電勢差是標量）
2. （1）UAB = WAB/q = 1.5×10-7 / 2.0×10-9 = 75V
（2）WBC = -4.0×10-7J，UBC = WBC/q = -200V
（3）UAC = UAB + UBC = 75 + (-200) = -125V
二、能力提升題
3. （1）dAB = 3cm = 0.03m，E = UAB/dAB = 60 / 0.03 = 2000 V/m
（2）dBC沿電場方向分量為0（垂直），故UBC = 0
（3）WBC = qUBC = (-2×10-8) × 0 = 0
板書設計
1.5 電勢差及其與電場強度的關系
概念：UAB = WAB/q 單位：V（伏特）
特點：標量，正負表示電勢高低
關系：U = Ed （勻強電場）
→ d：沿電場方向距離
→ E = U/d：電勢降落率
電場線 ⊥ 等勢面
E方向：電勢降低最快方向
應用：心電圖、示波器、粒子加速
教學反思
成功之處
1. 以心臟起搏器為情境導入，有效激發學生興趣，體現了物理與生命科學的融合。
2. 通過類比重力場幫助學生理解抽象概念，符合認知規律，課堂參與度高。
3. 利用模擬軟件動態展示等勢面與電場線關系，突破空間想象難點，教學效果顯著。
不足之處
1. 對非勻強電場中電勢差的理解拓展不足，部分學生誤以為U=Ed普遍適用。
2. 合作探究環節時間略緊，學生自主推導過程不夠充分。
3. 作業中綜合題難度偏高，需在下節課進行針對性講評。

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