新课标高中物理人教版必修第一二三册教学建议〖电势能和电势〗

1 电势能和电势

一、问题引入

教科书给出正电荷只受静电力作用加速的问题情景。引导学生提出新问题：是什么形式的能转化为试探电荷的动能？这个问题情景有两个作用。一是学生从能量转化角度定性判断存在另外一种形式的能量，说明提出的问题有探究的必要。二是引导学生猜想：动能增加了W AB，另外一种形式的能量的变化量也应该与W AB有关。这样，就为探究问题提供了研究线索即研究静电力做功。

二、静电力做功的特点

教科书采用静电力与重力类比引出问题。从对比两个受力相似的情景入手，复习重力做功与路径无关，猜想静电力做功是否有类似的特点。问题直接指向对比二力做功而不涉及能量，问题简单有利于学生直接进入探究。教师可创设最简单的在匀强电场移动电荷的情景，提出要研究静电力做功的问题：

①试探电荷沿直线由A运动到B教科书图101－2，静电力做多少功？

②试探电荷沿折线由A经过M再运动到B教科书图101－2，静电力做多少功？

③试探电荷在匀强电场中沿任意曲线由A运动到B教科书图101－3，静电力做多少功？

①、②的问题可以由学生自己解决。③的问题比较复杂，需要引导学生把曲线分成很多小段，小到分割后的每一段曲线都可以看作直线。这样，将问题转化为②的问题。电荷沿每一小段直线移动时静电力做的功都可以求出，每小段做功的代数和就是整个过程中静电力做的功。这里再次渗透微元法，利用“曲化直”解决曲线变化问题。

结论：在匀强电场中移动电荷时静电力做功与电荷经过的路径无关，即W=qE|AM|。

把这一结论推广到一般电场中去的证明超出了中学物理的要求，所以不必深究。

三、电势能

静电力做功与重力做功有共同的特点：所做的功与路径无关。通过类比建立电势能的概念，对培养学生的逻辑思维能力和研究方式都是非常重要的。

建议组织学生讨论：这种新能量到底是什么形式？引导学生回忆重力势能概念的建立过程，通过静电力做功与重力做功有共同的特点——所做的功与路径无关，启发学生把两种场在力的角度、做功的角度类比之后，继续从能量角度进行类比，得出电荷在电场中具有电势能，并理解电势能属于电荷和电场组成的系统。假设电荷从电势能为0处沿不同路径移动到电场中另一点A，如果移动电荷时静电力做的功不同，A点的“势能”还有没有确定的意义？这些思考，有利于学生理解建立电势能的概念时为什么要讨论静电力做功的问题，使学生对重力势能与电势能的共性有清晰的认识，理解一个空间位置对应一个确定的势能值。

关于“静电力做的功等于电势能的减少量”的得出，学生可能有不同的思路：类比重力做功与重力势能的关系；在只受静电力情景下，利用动能定理和能量守恒推出。这里可以让

学生交流汇报自己的思路，然后继续探究电势能的大小如何确定，引出电势能的大小也具有相对性，并探究出：电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移动到零势能位置时静电力做的功。

应该指出，静电力做功比重力做功的情况复杂。因为地球产生的重力场对物体只能产生引力，但场源电荷产生的电场对电荷既可以产生引力，也可以产生斥力，导致静电力做功的情况较为复杂。在同一电场中，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。教学的重点要突出重力做的功等于重力势能的减少量，无论正、负电荷，静电力做的功都等于电势能的减少量。

四、电势

教科书在定义电势之前没有直接与定义电场强度进行类比，没有直接提出要找电势能与电荷量的比值，而是通过计算电荷在电场两点间移动时静电力做的功，推断试探电荷在电场中同一点的电势能与它的电荷量成正比推断方法与定义电场强度之前的方法类似，从中发现电势能这个物理量不仅与电场性质有关，还与试探电荷的电荷量有关。所以，电势能不能用来描述电场的性质。

这里教师可以引导学生：以前我们遇到这种情况是怎么处理的？在讨论这些问题的过程中，通过师生互动、同伴交流加深对用物理量之比定义物理量的过程体验，由此得出电势的定义式。类比电场强度的定义方式引入电势这个概念，使学生在已有前概念的基础上有了自然的知识过渡，即电场强度从力的角度描述电场，电势从能的角度描述电场，其表现特征的差异更能让学生关注到二者各自的特殊性，完善对电场的认识。

形成电势概念的过程中，需要引导学生明确以下几个问题：

①它是描述电场的能的性质的又一重要物理量。

②明确电势与电场强度的区别与联系。电场强度是矢量；电势是标量。二者均与试探电荷无关，均属于描述静电场某点性质的物理量。

③电势的相对性与电势能的相对性对应。应该先规定电场中某处的电势为0，然后才能确定电场中其他各点的电势。应用中常常选取大地为电势零点，理论研究中选取无限远为电势零点。由此明确电势有正负的意义。

④电场线指向电势降低的方向。

为了降低难度，“电场线指向电势降低的方向”的结论可以利用在电场中移动正电荷来探究得到。

为了引导学生形象化理解“电势与试探电荷的电荷量无关”，可以采用地势来类比电势。但不能直接依靠用电势类比地势得到“电场线指向电势降低的方向”的结论，而应该从对电场本身的分析得出此结论。