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        “電荷及其守恒定律”課堂教學(xué)反思

        2015-05-20 16:31:56吳秋瑛
        物理教學(xué)探討 2015年3期
        關(guān)鍵詞:教學(xué)反思電荷

        吳秋瑛

        摘 要:執(zhí)教“電荷及其守恒定律”時教師要具備批判性思維和量子化思想,要具備物理模型的觀念和實驗探究的思想。文章從“學(xué)生具備的初中知識基礎(chǔ)、課本知識學(xué)習(xí)的思路梳理、課堂教學(xué)存在的主要問題、課堂教學(xué)中的亮點和課堂教學(xué)操作范例”等方面,闡述了自己的教學(xué)觀念。

        關(guān)鍵詞:電荷;守恒定律;教學(xué)反思

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2015)3-0074-3

        參加區(qū)高中物理優(yōu)課競賽評委工作,課題“電荷及其守恒定律”聽過多遍,再次閱讀課程標(biāo)準(zhǔn)、課本及其教學(xué)參考資料,產(chǎn)生許多想法,寫出來與各位老師研討。

        1 學(xué)生具備的初中知識基礎(chǔ)

        基于《電荷及其守恒定律》一節(jié)的學(xué)習(xí),學(xué)生具備的初中基礎(chǔ)知識有兩個方面:

        一是靜電知識。摩擦能使物體帶電。自然界僅有兩種電荷:正電荷、負(fù)電荷。富蘭克林將用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱為正電荷,用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱為負(fù)電荷。同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。

        二是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識。物質(zhì)由分子組成,分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。分子由原子組成,原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子構(gòu)成,且正、負(fù)電荷數(shù)量相等。

        盧瑟福建立了類似行星繞日的核式結(jié)構(gòu)模型:原子核位于原子的中心,電子受原子核吸引,繞核做高速運動。原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成,質(zhì)子帶正電荷,中子不帶電,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子,都是由更小的微?!淇藰?gòu)成的。

        許多老師在引導(dǎo)學(xué)生回顧學(xué)過的基礎(chǔ)知識時,不能清晰地界定靜電知識和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識,將兩方面的知識交叉反復(fù)。不清楚初中學(xué)習(xí)的靜電知識是靜電場的基礎(chǔ)知識,物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識是用來解釋靜電現(xiàn)象,認(rèn)識物體帶電本質(zhì)的,且由原子的結(jié)構(gòu)模型,可順暢建立簡化的金屬結(jié)構(gòu)模型。

        2 課本知識學(xué)習(xí)的思路梳理

        電荷守恒定律是課時學(xué)習(xí)的中心,電荷產(chǎn)生的機理是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。確定物體是否帶電,最簡單的方法是看其能否吸引輕小物體。實驗的方法是用驗電器或靜電計進(jìn)行檢驗。

        使物體帶電的方法有三種:摩擦起電、接觸起電和感應(yīng)起電。無論哪一種起電方式都不是創(chuàng)造出電荷,而是使電子發(fā)生移動,由一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,或由物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。失去電子的帶正電荷,得到電子的帶負(fù)電荷,由此水到渠成,得出電荷守恒定律。

        電荷守恒定律的第二種表述,是基于第一種表述(建立在實驗事實基礎(chǔ)上)的思維推進(jìn):在電中性的物質(zhì)里不是沒有電荷,而是電荷的代數(shù)和為零;電荷的中和不是正、負(fù)電荷一起消失,而是不同種類的電荷數(shù)量達(dá)到等量、異號,正、負(fù)電荷的代數(shù)和為零;電荷的總量就是指電荷的代數(shù)和。

        元電荷和比荷是學(xué)習(xí)靜電場的基本概念。電荷的多少稱為電荷量,正電荷的電荷量是正值,負(fù)電荷的電荷量是負(fù)值。電子所帶的電荷量是最小的電荷量(負(fù)值)。

        元電荷是最小的電荷量(沒有符號),其值等于電子所帶的電荷量,e=1.6×10-19 C(密立根測得)。帶電體所帶電荷量可能等于e,或者是e的整數(shù)倍,電荷量不是連續(xù)變化的物理量。比荷(e/m)是電荷量與其質(zhì)量之比。

        課堂教學(xué)實施的重點是結(jié)合摩擦起電和感應(yīng)起電的具體情境,理解電荷守恒定律;而不是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)角度認(rèn)識物體帶電的本質(zhì)。

        學(xué)習(xí)的難點是建立元電荷的概念,知道電荷量不能連續(xù)變化,而不是帶正電的原子為什么不能移動。

        3 課堂教學(xué)存在的主要問題

        3.1 使物體帶電的三種方法(摩擦、接觸和感應(yīng)起電),不是孤立的,不需要通過三次實驗分別展示

        用絲綢摩擦玻璃,玻璃棒帶上正電荷是摩擦起電;用玻璃棒接觸驗電器,驗電器的金屬箔張開(移走玻璃棒,金屬箔仍然張開),驗電器帶上正電荷,是接觸起電;用玻璃棒靠近驗電器的金屬球,驗電器的金屬箔張開,移走玻璃棒,張開的金屬箔閉合,玻璃棒靠近驗電器,驗電器帶電是感應(yīng)起電。

        3.2 用毛皮摩擦硬橡膠棒,使硬膠棒帶電

        正確的摩擦方法,不是拿硬橡膠棒的手用力、單向的一次次摩擦,而是拿毛皮的手來回適當(dāng)?shù)挠昧?,用毛皮摩擦?/p>

        使硬橡膠棒上的電荷轉(zhuǎn)移到驗電器的金屬球上時,不是點接觸,而是移動硬橡膠棒不同部位接觸。

        實驗的不成功更多源于教師思想不重視、操作方法不正確,而不是空氣的潮濕。

        3.3 知識學(xué)習(xí)的層次性認(rèn)識不足,過早提出電荷的均分法則

        在電荷量的概念、單位、符號學(xué)習(xí)前,便向?qū)W生講授兩個完全相同的金屬球A、B,A帶電+Q與不帶電的B接觸,A的電荷量會分給B一半。

        學(xué)生雖能有所感悟,卻很難將所學(xué)的知識進(jìn)行同化或順應(yīng),更不能意識到+Q的均分是由自由電荷移動引起的。

        3.4 原子核與核外電子的模型是類似行星的核式模型,而不是蘋果肉與蘋果核模型

        核力是核子(質(zhì)子和中子)間的作用力,不是原子核不能移動的原因。原子核與核外電子間的作用力是靜電力,不是核力。

        電荷間的移動是電荷間相互作用的結(jié)果,不是搶來搶去的。物質(zhì)分子間的擴散運動,與電荷在物體間的轉(zhuǎn)換,說的是不同性質(zhì)的問題。

        3.5 對絕緣體和金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識不足

        播放的實驗視頻中,學(xué)生用大金屬球從感應(yīng)起電機取電,大金屬球圍繞感應(yīng)起電機的放電球轉(zhuǎn)多圈(電荷在金屬導(dǎo)體間的轉(zhuǎn)移是瞬間完成的),教師沒有制止。

        實驗失敗的原因,被理所當(dāng)然地歸結(jié)為空氣的濕度較大。

        3.6 實驗存在問題

        ①注重教師的演示實驗,而不重視學(xué)生動手實驗。

        ②注重教師自己的講解,而不重視學(xué)生的學(xué)習(xí)。

        ③注重知識的傳授,而不重視知識的層次和結(jié)構(gòu)。

        ④注重知識淺層次識記,而不重視知識深層次的理解。

        ⑤簡單的知識被復(fù)雜化,清晰的思路被模糊化。

        4 課堂教學(xué)中的亮點

        4.1 能有效利用現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備

        課前制作師生合作的實驗視頻,一方面為課堂的順暢教學(xué)提供保障,另一方面能加強師生情感溝通,提高師生間的相互信任度。

        4.2 能對絲綢摩擦玻璃棒、毛皮摩擦硬橡膠棒的摩擦起電進(jìn)行引申

        用泡沫塑料摩擦玻璃棒、絲綢摩擦塑料梳等,使學(xué)生認(rèn)識到摩擦起電是生活中的普遍現(xiàn)象。

        4.3 自制教具

        如圖1所示,將靜電計的金屬球處安裝易拉罐,兩個靜電計易拉罐組合到一起,替代枕形導(dǎo)體,實驗效果非常好。

        圖1 自制教具

        5 課堂教學(xué)操作范例

        5.1 播放“電閃雷鳴”或“頭發(fā)豎起”的視頻

        指導(dǎo)學(xué)生觀看,說明靜電現(xiàn)象是自然界和日常生活中常見的物理現(xiàn)象。

        5.2 要求學(xué)生用塑料筆桿摩擦頭皮

        教師用毛皮摩擦硬橡膠棒,提問筆桿和硬橡膠棒是否會帶電?學(xué)生給出吸引輕小物體的方法,教師給出驗電器和靜電計檢驗的方法。追問:為什么摩擦?xí)共粠щ姷奈矬w帶電?

        5.3 引導(dǎo)學(xué)生回顧復(fù)習(xí)初中所學(xué)的靜電和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識

        指導(dǎo)學(xué)生用物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)知識認(rèn)識物體的帶電本質(zhì)。由“人們沒有發(fā)現(xiàn)對兩種電荷都吸引或都排斥的電荷”,較理性地推導(dǎo)出“自然界只有兩種電荷”,呈現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎枷牒团行运季S;由盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型,建立金屬結(jié)構(gòu)的簡化物理模型。

        5.4 三種起電方式

        用毛皮摩擦硬橡膠棒,硬橡膠棒帶電是摩擦起電;用帶電的硬橡膠棒接觸驗電器,驗電器的金屬箔張開,拿走硬橡膠棒,金屬箔仍然張開著,驗電器的帶電是接觸起電;用帶電的硬橡膠棒靠近靜電計,靜電計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),移走硬橡膠棒,指針回復(fù)到原來的位置,靜電計的帶電是感應(yīng)起電。

        5.5 電荷守恒定律

        用帶電的硬橡膠棒靠近枕形導(dǎo)體A、B,枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均張開,移走帶電的硬橡膠棒,枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均閉合。再次用帶電的硬橡膠棒靠近枕形導(dǎo)體A、B,枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均張開,將枕形導(dǎo)體A、B分開,移走帶電的硬橡膠棒,枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔仍然張開,接著將A、B接觸,枕形導(dǎo)體A、B兩側(cè)的金屬箔均再次閉合。以此為基礎(chǔ)總結(jié)出電荷守恒定律。

        5.6 理性剖析電荷守恒定律

        電中性的物體中有電荷,正電荷和負(fù)電荷的代數(shù)和為零;電荷中和不是正、負(fù)電荷一起消失,只是物體中所含的正、負(fù)電荷數(shù)等量、異號,代數(shù)和為零;電荷總量保持不變,同樣是指電荷的代數(shù)和。

        再結(jié)合帶電粒子的產(chǎn)生和湮滅,推進(jìn)對電荷守恒定律的認(rèn)識,提出電荷守恒定律的新表述。

        5.7 學(xué)生自學(xué)電荷量、元電荷、比荷等基礎(chǔ)知識

        強調(diào)元電荷e是最小的電荷量,任何一個帶電體,所帶的電量僅可能等于e,或是e的整數(shù)倍。元電荷e的值是由美國物理學(xué)家密立根最早測得的。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理》選修3 - 1[M].北京:人民教育出版社,2013.

        [2]彭前程.普通高中《物理》選修3-1教師教學(xué)用書[M].北京:人民教育出版社,2013.

        [3]崔允漷.學(xué)校本位教師專業(yè)發(fā)展[M].上海:華東師范大學(xué)出版,2013.

        [4]肖建華.物理實驗教學(xué)應(yīng)突出一個真字[J].物理教師,2015,(1):26.

        [5]陳亞軍.電荷究竟是怎么定義的[J].物理教學(xué)探討,2002,(5):40.

        [6]張連之.千呼五喚始出來巧用小球揭其面[J].物理教學(xué)探討,2012,(9):70.

        (欄目編輯 鄧 磊)

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