《電勢能與電勢》教學(xué)設(shè)計(jì)課題名稱電勢能與電勢科目物理教學(xué)對象高一年級學(xué)生提供者課時(shí)1課時(shí)一、教材內(nèi)容分析1.在物理學(xué)體系中的地位：《靜電場中的能量》這一章主要承接了上一章《靜電場及其應(yīng)用》的內(nèi)容，按照“靜電力做功—電勢能—電勢—電勢差—電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系—電容器的電容—帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)”這條邏輯線描述靜電場能的性質(zhì)。本章和前一章的內(nèi)容是電磁學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)，為恒定電流、磁場部分的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)這部分內(nèi)容也是高考考察的重點(diǎn)內(nèi)容。2.本節(jié)內(nèi)容的地位：《電勢能和電勢》本節(jié)課是在學(xué)生已了解靜電場力的性質(zhì)的基礎(chǔ)之上，通過分析靜電場力做功的特點(diǎn)，并由此引入電勢能、電勢等概念。本節(jié)內(nèi)容中電勢能概念的建立，不僅豐富了學(xué)生對能量概念的認(rèn)識，還也為后面電勢差、等勢面的學(xué)習(xí)起到鋪墊的作用，同時(shí)建立起了電現(xiàn)象與其他現(xiàn)象之間的聯(lián)系，例如下一章電動(dòng)勢的概念，講到非靜電力對電荷做功與電勢能的轉(zhuǎn)化就是一個(gè)典型的例子。3.新版教材的安排和處理：教材在本章的開篇處以“如何實(shí)現(xiàn)微觀粒子的加速問題”引入，為“帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)”的學(xué)習(xí)埋下伏筆。教材先以問題情境導(dǎo)入，靜電力做了正功會使什么形式的能量減少，接著討論靜電力做功的特點(diǎn)，通過和重力場進(jìn)行類比給出電勢能的概念，最后通過對電勢能的研究給出了電勢的概念。新版教材的變化是：（1）將等勢面的內(nèi)容放在了本章第二節(jié)《電勢差》這節(jié)課中；刪除了學(xué)生較難理解的傾斜電場中靜電力作用與電勢能之間的關(guān)系圖，刪除了對正負(fù)電荷靜電力做功的討論。（2）對于電勢能的定義，教材更多地是側(cè)重研究方法和學(xué)習(xí)方法的滲透，例如通過旁批的形式總結(jié)了電勢能的得出和的重力勢能一樣是采用了“通過某種力做的功來研究與它相關(guān)的能量問題的方法。”（3）對電勢這個(gè)物理量的定義，教材更側(cè)重了比值定義法的滲透。（4）習(xí)題的設(shè)計(jì)注重完善知識構(gòu)建，為形成物理觀念奠定基礎(chǔ)，例如第3題和第4題讓學(xué)生對問題情境進(jìn)行概括和小結(jié)。學(xué)生通過對問題情境的分析和總結(jié)，可以形成自己的知識框架。因此在教學(xué)中要應(yīng)用好新教材的習(xí)題，讓習(xí)題發(fā)揮它應(yīng)有的價(jià)值。二、新課標(biāo)要求新版課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)課的要求是：知道靜電場中的電荷具有的電勢能，了解電勢能、電勢的含義。核心素養(yǎng)的落實(shí)新課程的理念就是要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，要促成學(xué)生物理觀念的形成，要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維、要在教學(xué)中滲透科學(xué)探究、要促使學(xué)生形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。（1）關(guān)于科學(xué)觀念，“物理觀念”主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用，本節(jié)課所體現(xiàn)的科學(xué)觀念是能量觀念及其應(yīng)用：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識“場”的概念和能量觀念。（2）科學(xué)思維的主要成分有：模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新。本節(jié)課所涉及的科學(xué)思維目標(biāo)是“通過某種力做的功來研究與它相關(guān)的能量問題的方法”將重力場、電場類比，在電勢能、電勢概念構(gòu)建過程中，發(fā)展抽象與概括、比較與遷移、科學(xué)推理等科學(xué)思維。（3）科學(xué)探究是一個(gè)過程，是一種學(xué)習(xí)方式和科學(xué)研究的方式，是一種學(xué)習(xí)物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維，形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的手段和途徑，我們可以把科學(xué)探究歸納為問題、證據(jù)、解釋、交流四個(gè)方面。通過電勢能、電勢概念的理論構(gòu)建，學(xué)生針對物理情境能提出問題，能分析具體問題，發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)，通過科學(xué)推理和論證得出結(jié)論，并對結(jié)果進(jìn)行交流和反思。（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會責(zé)任。通過小組合作交流的學(xué)習(xí)方式，增強(qiáng)與他人合作交流的意識，建立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。三、教學(xué)目標(biāo)（1）描述出靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系，描述出電荷在電場中的電勢能。并計(jì)算電荷在電場中的電勢能。說出電勢能具有系統(tǒng)性和相對性。（2）描述出電勢的概念，說出電勢的客觀性、標(biāo)量性和相對性。（3）經(jīng)歷重力做功與靜電力做功的類比、重力勢能與電勢能的的類比過程，建構(gòu)電勢能的概念，體驗(yàn)類比法在科學(xué)研究中的重要作用。（4）經(jīng)過試探電荷在具體電場中電勢的分析，體會比值定義物理量的方法。四、學(xué)習(xí)者特征分析1.年齡特點(diǎn)：教學(xué)的對象是高二學(xué)生，這個(gè)年齡階段的孩子感覺、知覺靈敏度、記憶力、思維能力不斷增強(qiáng)，邏輯抽象思維能力逐步占主導(dǎo)地位。本節(jié)課的內(nèi)容安排符合學(xué)生的思維特點(diǎn)。2.認(rèn)知基礎(chǔ)：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了前一章《靜電場及其應(yīng)用》的內(nèi)容，掌握了靜電場力的性質(zhì)，在必修2已經(jīng)學(xué)習(xí)了能量的概念，并且已經(jīng)建立起了“用功來量度能量的變化量”的思維習(xí)慣。若給學(xué)生創(chuàng)建好問題情境，并提供一定的感性材料，就可以通過類比方法的滲透構(gòu)建新知識。3.學(xué)習(xí)能力：學(xué)生已經(jīng)具有小組合作交流的意識和能力，具備根據(jù)具體問題情境分析具體問題的能力。 4.學(xué)習(xí)障礙：學(xué)生對重力場的認(rèn)識不全面，比如沒有明確提出重力場強(qiáng)度(g)、重力勢(gh)等概念，而本身電荷有正有負(fù)使得靜電力做功比重力做功、電勢能變化比重力勢的變化更加復(fù)雜。五、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：從新舊教材的對比可以發(fā)現(xiàn)新版教材突出核心素養(yǎng)理念，注重物理觀念的培養(yǎng)，加強(qiáng)了概念規(guī)律的探究學(xué)習(xí)，凸顯科學(xué)推理、科學(xué)論證等科學(xué)思維的培養(yǎng)。通過以上教材分析發(fā)現(xiàn)本節(jié)課是涉及物理思維方法較多的一節(jié)課，尤其是利用類比方法對新知識進(jìn)行探究，在新舊知識之間合理遷移，那么如何在教學(xué)中滲透類比方法就是本節(jié)課的重點(diǎn)。2.教學(xué)難點(diǎn)：根據(jù)以上學(xué)情分析，本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)為電勢能、電勢概念的建構(gòu)過程。如何克服學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙順利構(gòu)建新概念呢？1.通過重力場和電場的類比，明確電場強(qiáng)度E和重力加速度g都是表征“場”力的性質(zhì)的物理量，為新概念的建立掃清知識障礙。2.鑒于電荷有正有負(fù)，在教學(xué)中先讓學(xué)生熟悉正電荷的受力情況、運(yùn)動(dòng)情況和能量情況之后，再讓學(xué)生根據(jù)負(fù)電荷受力情況，自己分析其運(yùn)動(dòng)情況和能量情況，避免學(xué)生在分析問題造成不必要的思維混亂。六、教學(xué)策略選擇與設(shè)計(jì)教和學(xué)是不可分割的一個(gè)整體。認(rèn)知主義學(xué)派認(rèn)為：學(xué)習(xí)是通過理解，主動(dòng)地在頭腦中構(gòu)造認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程，不是受習(xí)慣支配而是受主體的預(yù)期所引導(dǎo)。美國著名認(rèn)知教育心理學(xué)家布魯納強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)探索，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要性，他主張學(xué)習(xí)的目的在于采用發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的方式，使學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生頭腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。布魯納認(rèn)為學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是主動(dòng)形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)。他還認(rèn)為學(xué)習(xí)不是學(xué)習(xí)者被動(dòng)地接受知識，而是主動(dòng)地獲取知識，并通過把新獲得的知識與已有的認(rèn)知機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來，積極地構(gòu)建其知識體系。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)是由個(gè)體學(xué)習(xí)者給予自己的經(jīng)驗(yàn)背景構(gòu)建知識的過程，不是簡單的知識的傳遞過程。學(xué)習(xí)的本質(zhì)是個(gè)體積極自主建構(gòu)自己認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程。“在學(xué)習(xí)過程中，人腦不是被動(dòng)的學(xué)習(xí)和接受輸入的信息，而是主動(dòng)地對輸入的信息進(jìn)行選擇、加工和處理，通過新知識與原有的舊知識和經(jīng)驗(yàn)相互作用、改造、充實(shí)，來建構(gòu)新的理解。”因此，建構(gòu)主義更關(guān)注學(xué)習(xí)者如何通過原有的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)來建構(gòu)新的知識和知識結(jié)構(gòu)。以上兩個(gè)理論都為本節(jié)課的學(xué)習(xí)提供理論支撐。教法：基于認(rèn)知主義理論和建構(gòu)主義理論，根據(jù)本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，我將采用啟發(fā)式教學(xué)方法，并以討論法和合作交流法貫穿于教學(xué)的始終，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，而不是以教師為主的“掰開了揉碎了的講解”。學(xué)法：依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合物理情境進(jìn)行小組討論與合作交流，利用類比法將重力場中的知識遷移到電場中，在分析具體問題、建立概念的過程中分析推理、抽象概括、歸納總結(jié)。七、教學(xué)環(huán)境與資源準(zhǔn)備教學(xué)環(huán)境：班級教室課前準(zhǔn)備：PPT課件、鐵架臺、絕緣細(xì)線懸掛的鋁箔包裹的泡沫小球、球形導(dǎo)體、靜電感應(yīng)起電機(jī)八、教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖及達(dá)成目標(biāo)（一）實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，獲得感知〖演示實(shí)驗(yàn)〗-“瘋狂的小球”：觀察通過絕緣細(xì)線懸掛的鋁箔包裹的泡沫小球在球形導(dǎo)體形成的電場中偏轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)讓學(xué)生感知電場的客觀存在性，并通過一系列問題引導(dǎo)學(xué)生分析小球運(yùn)動(dòng)過程中的能量變化：1.先把小球用絕緣細(xì)線懸掛在鐵架臺上，用導(dǎo)線將球形導(dǎo)體和靜電感應(yīng)起電機(jī)相連，讓小球靠近球形導(dǎo)體但不接觸。搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)，讓球形導(dǎo)體帶電；請同學(xué)們觀察小球的運(yùn)動(dòng)情況。說明了什么？2.如果我用手輕輕碰一下小球，會有什么現(xiàn)象呢？3.如果讓感應(yīng)起電機(jī)放電，會有什么現(xiàn)象呢？〖小組討論〗1.小球?yàn)槭裁催\(yùn)動(dòng)？2.受到了什么力？3.這個(gè)力做功嗎？4.運(yùn)動(dòng)過程中那些能量在變化？實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的靈魂，由于電場看不見摸不著，但又是客觀存在的物質(zhì)，如何讓學(xué)生較為輕松地接受電勢能、電勢這些抽象的概念呢？“瘋狂的小球”的演示不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，直觀形象地說明電場的存在，還可以給學(xué)生提供“靜電力做功會引起電勢能的變化”感性材料，順利引入新課。（二）創(chuàng)設(shè)情境，合作交流將重力場中質(zhì)量為m的小球和勻強(qiáng)電場中電荷量為+q的試探電荷放在一起類比。引導(dǎo)學(xué)生分析重力做功和靜電力做功的異同之處，并由學(xué)生老師給與學(xué)生及時(shí)的評價(jià)。〖小組討論〗兩個(gè)研究對象的受力情況、運(yùn)動(dòng)情況、做功情況、能量變化情況。2.學(xué)生代表交流分享、總結(jié)歸納，通過分析兩個(gè)研究對象的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況、以及能量變化情況，類比重力做功WG=mgh和靜電力做功WAB=qEd的特點(diǎn)，初步建立“距離d類似于高度h”的認(rèn)識。（三）思維加工，構(gòu)建新知繼續(xù)向?qū)W生提出問題“如果分別給小球和試探電荷一個(gè)水平方向的速度，兩者的受力情況、運(yùn)動(dòng)情況、做功情況、能量變化情況會發(fā)生什么變化呢？”〖小組討論〗1.學(xué)生經(jīng)過思考、小組合作與交流后，小組代表分享討論結(jié)果。1.通過平拋運(yùn)動(dòng)和類平拋運(yùn)動(dòng)的類比讓學(xué)生理解靜電力做功和重力做功一樣與路徑無關(guān)，通過重力做功WG=mgh和靜電力做功WAB=qEd的類比，建立“距離d”和“高度h”的聯(lián)系，兩者均指“沿力方向上的距離”。2.通過做功情況和能量變化的分析建立起靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系，即WAB=-?EP，構(gòu)建電勢能的概念。3.可以通過合作交流，真正把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，落實(shí)新課程理念。（四）類比分析，深化理解。繼續(xù)發(fā)問“小球和試探電荷在初位置的的重力勢能和電勢能分別是多少？”〖小組討論〗從重力勢能的大小分析討論。學(xué)生從重力勢能的大小與零勢能面的選取有關(guān)，遷移到電場中電勢能的選取也與零勢能面有關(guān)，讓學(xué)生了解電勢能的系統(tǒng)性和相對性。（五）例題練習(xí)，優(yōu)化新知例題：如圖所示，小球的質(zhì)量為m=0.1kg，帶電量為q=+1.0×10-5C，懸掛小球的細(xì)線長為L=20cm，與豎直方向成θ=370時(shí)，小球恰好在水平勻強(qiáng)電場中靜止不動(dòng)，sin370=0.6，cos370=0.8，g取10m/s2。求：（1）電場力F的大小；（2）電場強(qiáng)度E的大小；（3）小球從A運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中,電場力做的功WAB；（4）小球在B點(diǎn)的電勢能EpB。〖練習(xí)〗學(xué)生代表在黑板上板演；其他學(xué)生在練習(xí)本上練習(xí)。通過前面的分析討論，合作交流，學(xué)生已基本建立了電勢能的概念，通過例題的練習(xí)、熟悉概念，體驗(yàn)獲得知識的成就感。（六）理論分析，構(gòu)建新知讓另一個(gè)電荷量為nq的電荷也由電場中同一位置運(yùn)動(dòng)相同的距離d，那么這兩個(gè)試探電荷所受到的靜電力以及靜電力做的功分別是多少？這兩個(gè)試探電荷在電場中的電勢能又分別是多少？那么影響電勢能大小的因素是什么？兩個(gè)試探電荷電勢能和電荷量的比值有什么特點(diǎn)？〖小組討論〗從重力勢能的大小分析討論。通過對電勢能的研究，建構(gòu)電勢的概念。（七）課堂小結(jié)，布置作業(yè)根據(jù)表格學(xué)