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        幾個自制教具賞析

        2017-11-15 05:21:51謝志剛吳勇宋培文杜仁華
        物理教學(xué)探討 2017年10期
        關(guān)鍵詞:自制教具電容器電容

        謝志剛+吳勇+宋培文+杜仁華

        摘 要:物理是一門實驗學(xué)科,為了增加實驗的趣味性、實用性、科學(xué)性和直觀性,在教學(xué)中設(shè)計或改裝了“叉魚瞄準(zhǔn)器”“自制閃光燈”“平行板電容器電容探究儀”這幾個教具。本文從設(shè)計背景、結(jié)構(gòu)及原理、教學(xué)展示過程幾個方面進(jìn)行了介紹及評價。

        關(guān)鍵詞:自制教具;叉魚瞄準(zhǔn)器;自制閃光燈;電容器;電容

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2017)10-0059-3

        近幾年來,我們物理教研組的許多老師參加了各級各類的教學(xué)大比武、實驗技能大賽、優(yōu)質(zhì)課展評等活動。在這些活動中,我們根據(jù)教學(xué)的需要,自己設(shè)計或者改進(jìn)了一些實驗器材,取得了較好的效果,現(xiàn)將幾個主要的自制教具介紹如下。

        1 叉魚瞄準(zhǔn)器

        1.1 設(shè)計背景

        初中物理“光的折射”一課的教學(xué)引入中,課本里是通過演示光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)中發(fā)生了偏折的現(xiàn)象引入光的折射現(xiàn)象的概念,在實際教學(xué)中此種引入方式顯得千篇一律,沒有新意,難以在最快的時間里引起學(xué)生的興趣,集中學(xué)生的注意力。因此,在該課的引入上,我們設(shè)計制作了教具“叉魚瞄準(zhǔn)器”,在教學(xué)過程中使用,收到了良好的教學(xué)效果。下面具體介紹該教具的設(shè)計和制作方法。

        1.2 材料及主要結(jié)構(gòu)

        如圖1左側(cè)為一水槽,水槽側(cè)壁貼有一條“小魚”的圖畫,右邊部分為一金屬支架,支架上固定一傾斜的直桿,其中桿的傾斜角度可以通過支架上的旋鈕調(diào)節(jié),直桿可用一段中空的釣魚竿。還需一根鐵釬做叉魚器使用,讓鐵釬能恰好從中間通過釣魚竿。

        1.3 教學(xué)展示過程

        (1)水槽里先不裝水,調(diào)節(jié)支架旋鈕,眼睛通過中空的魚竿瞄準(zhǔn)“小魚”的位置,然后固定好支架,再將鐵釬從釣魚竿的上端開口放入,使其從下端開口處射出,發(fā)現(xiàn)恰好叉中“小魚”,如圖2所示,學(xué)生自己操作并驗證光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的結(jié)論。

        (2)往水槽里加水,再利用上述的“瞄準(zhǔn)器”,仍然是調(diào)節(jié)支架旋鈕,先用眼睛在釣魚竿的上端瞄準(zhǔn)水中“小魚”的位置,固定好支架后,可以讓學(xué)生上臺來調(diào)節(jié)或觀察是否瞄準(zhǔn),也可以用激光小手電讓光從上端沿釣魚竿射入,從下端射出恰好射中水中的“小魚”,如圖3所示。

        (3)在大家都確信瞄準(zhǔn)器已瞄準(zhǔn)的情況下,再將鐵釬從釣魚竿的上端放入,使其從下端開口射出,但發(fā)現(xiàn)此次鐵釬擊在“小魚”的上方,沒有擊中瞄準(zhǔn)的“小魚”。如圖4所示。

        1.4 評價

        通過設(shè)置學(xué)生非常感興趣的叉魚的情境,激發(fā)學(xué)生的好奇心,然后,再通過引入矛盾的沖突產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲。另外,該裝置制作材料普通,制作方法簡單,符合科學(xué)原理,實驗效果科學(xué)直觀、具體形象,可操作性強(qiáng),有較強(qiáng)的感染力。有利于激發(fā)興趣和調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識的積極性,取得了很好的課堂教學(xué)效果。

        2 自制閃光燈

        2.1 設(shè)計背景

        在高中物理《電容器 電容》一節(jié)的教學(xué)中,課本是通過萊頓瓶及照相機(jī)的閃光燈這些事例來說明電容器是貯存電荷的裝置。這種方式不直觀,不能讓學(xué)生信服,而且存在疑惑。因為很多學(xué)生都會認(rèn)為閃光燈之所以能閃光,是因為其內(nèi)部有電源,往往不能認(rèn)識到電容器的作用,因此我們自制了下面的閃光燈。

        2.2 結(jié)構(gòu)及工作原理介紹

        買來額定電壓110~220 V(充電電壓)、工作電壓3~6 V的發(fā)光二極管(LED)臺燈,除去底座部分,只用上部的發(fā)光二極管及導(dǎo)線,將其接在自制的電路盒兩端,如圖5所示。電路盒內(nèi)有電池盒和一個大電容器,電池盒可以取出,內(nèi)裝4節(jié)干電池,用插拔式電源線和鱷魚夾接入電路作為電源,整個閃光燈電路圖如圖6所示,開關(guān)接到a位置時,讓電源給電容器充電,然后將開關(guān)拔到b位置,發(fā)現(xiàn)電容器放電能讓臺燈閃光。

        2.3 教學(xué)展示過程

        (1)先不接電池盒,閉合開關(guān)(實際是將單刀雙擲開關(guān)的S接到b位置),學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)臺燈不亮(事先要讓電容器放完電)。

        (2)斷開開關(guān)(實際上是將S接到a位置),再將電池盒接上(通過插拔式電源線,用鱷魚夾連接電池盒),讓學(xué)生看到確實接上了電池。此時電源已經(jīng)給電容器充電。

        (3)然后再閉合開關(guān)(實際是又將開關(guān)S接到b位置),學(xué)生觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)臺燈閃亮。這時很多學(xué)生就會認(rèn)為是因為有電源給臺燈供電。

        (4)再斷開開關(guān)(實際上又將開關(guān)S接到了a位置,此時電源又給電容器充電)后,引導(dǎo)學(xué)生思考:如果此時將電池盒取下后,開關(guān)再次閉合時(實際又是將S接到b位置),燈是否還會閃亮。學(xué)生會回答:燈不亮。

        老師演示,當(dāng)開關(guān)再次閉合時(即又將S接到a位置),發(fā)現(xiàn)臺燈仍要閃亮。

        (5)展示自制閃光燈內(nèi)部結(jié)構(gòu),引出電容器及其功能。

        2.4 評價

        這樣通過設(shè)置情境,產(chǎn)生了魔術(shù)般的效果,同時也將學(xué)生的錯誤認(rèn)識暴露無遺,引起學(xué)生的認(rèn)知沖突,激發(fā)了強(qiáng)烈的好奇心,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的求知欲,很好地引出新課電容器的學(xué)習(xí)。并揭示出電容器的功能——貯存電荷的裝置,教學(xué)效果很好。

        3 影響平行板電容器電容探究儀

        3.1 設(shè)計背景

        在高中物理《電容器 電容》一節(jié)的教學(xué)中,研究平行板電容器電容的大小與哪些因素有關(guān)的實驗中存在下列問題:一、空氣潮濕,平行板電容器上的電荷很容易被導(dǎo)走,實驗較難成功。二、電容器兩極板未固定,當(dāng)改變兩板面積或距離時,很容易兩個都改變,實驗操作較難控制;三、采用C=間接測量,原理復(fù)雜,尤其是用靜電計測電壓的原理學(xué)生難以理解。由于實驗條件苛刻,實驗較難成功。因此,我們對實驗器材稍加改進(jìn),制成了如圖7和圖8所示的演示器。

        3.2 結(jié)構(gòu)及工作原理介紹

        用鋁板自制的平行板電容器代替教材中活動的平板;由絕緣底座,定板,動板組成;其中定板用絕緣支架固定,動板由旋鈕B控制它前后移動以改變板間距離,由旋鈕A左右自由移動改變兩板正對面積。其移動情況與游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)原理相同,如圖9所示,在電容大小的測量上,采用數(shù)字電容表直接測量電容大小。

        3.3 教學(xué)展示過程

        (1)裝好電容表的電池,檢查好線路,將動板和定板的位置調(diào)整到面積最大和距離最小,觀察電容表上的示數(shù)。

        (2)調(diào)整旋鈕A改變電容器兩板正對面積,記錄數(shù)字電容表上電容的讀數(shù),改變正對面積,得到多組數(shù)據(jù)。

        (3)調(diào)整旋鈕B改變電容器兩板間距,記錄數(shù)字電容表上電容的讀數(shù),改變板間距離,得到多組數(shù)據(jù)。

        (4)在A、B板間放入不同的電介質(zhì),觀察并記錄數(shù)字電容器表的讀數(shù)及變化。

        3.4 評價

        對實驗器材和原理的改進(jìn),突破教材上實驗設(shè)計的不足,利用游標(biāo)卡尺使板間距離及正對面積可控可測,直接用電容表測電容使電容大小的測量簡單準(zhǔn)確。從根本上保證了實驗的“可操作”和“好操作”,節(jié)省了時間,降低了難度。不僅達(dá)到了探究的目的,同時用電容表直接測量電容,通過控制變量法讓學(xué)生能看到電容的大小與三個決定因素的數(shù)量關(guān)系,學(xué)生也更容易理解電容器的電容與所帶電荷量Q和電勢差U無關(guān),只與電容器本身的決定因素即本身的屬性有關(guān),突破了本節(jié)的難點。

        參考文獻(xiàn):

        [1]劉炳昇.漫談演示實驗的精心設(shè)計[J].物理教學(xué),2011(8):22.

        [2]張飛翔.高中物理演示實驗創(chuàng)新的幾點思考[J].物理教學(xué),2013(11):19.(欄目編輯 王柏廬)endprint

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