幾個(gè)自制教具賞析

謝志剛+吳勇+宋培文+杜仁華

摘 要：物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，為了增加實(shí)驗(yàn)的趣味性、實(shí)用性、科學(xué)性和直觀性，在教學(xué)中設(shè)計(jì)或改裝了“叉魚(yú)瞄準(zhǔn)器”“自制閃光燈”“平行板電容器電容探究?jī)x”這幾個(gè)教具。本文從設(shè)計(jì)背景、結(jié)構(gòu)及原理、教學(xué)展示過(guò)程幾個(gè)方面進(jìn)行了介紹及評(píng)價(jià)。

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

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

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

1 叉魚(yú)瞄準(zhǔn)器

1.1 設(shè)計(jì)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(guò)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(shí)際教學(xué)中此種引入方式顯得千篇一律，沒(méi)有新意，難以在最快的時(shí)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?cè)O(shè)計(jì)制作了教具“叉魚(yú)瞄準(zhǔn)器”，在教學(xué)過(guò)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(jì)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(yú)”的圖畫(huà)，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(guò)支架上的旋鈕調(diào)節(jié)，直桿可用一段中空的釣魚(yú)竿。還需一根鐵釬做叉魚(yú)器使用，讓鐵釬能恰好從中間通過(guò)釣魚(yú)竿。

1.3 教學(xué)展示過(guò)程

（1）水槽里先不裝水，調(diào)節(jié)支架旋鈕，眼睛通過(guò)中空的魚(yú)竿瞄準(zhǔn)“小魚(yú)”的位置，然后固定好支架，再將鐵釬從釣魚(yú)竿的上端開(kāi)口放入，使其從下端開(kāi)口處射出，發(fā)現(xiàn)恰好叉中“小魚(yú)”，如圖2所示，學(xué)生自己操作并驗(yàn)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(yú)竿的上端瞄準(zhǔn)水中“小魚(yú)”的位置，固定好支架后，可以讓學(xué)生上臺(tái)來(lái)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(yú)竿射入，從下端射出恰好射中水中的“小魚(yú)”，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(yú)竿的上端放入，使其從下端開(kāi)口射出，但發(fā)現(xiàn)此次鐵釬擊在“小魚(yú)”的上方，沒(méi)有擊中瞄準(zhǔn)的“小魚(yú)”。如圖4所示。

1.4 評(píng)價(jià)

通過(guò)設(shè)置學(xué)生非常感興趣的叉魚(yú)的情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心，然后，再通過(guò)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(jiǎn)單，符合科學(xué)原理，實(shí)驗(yàn)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(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)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(jì)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(guò)萊頓瓶及照相機(jī)的閃光燈這些事例來(lái)說(shuō)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?yàn)楹芏鄬W(xué)生都會(huì)認(rèn)為閃光燈之所以能閃光，是因?yàn)槠鋬?nèi)部有電源，往往不能認(rèn)識(shí)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(lái)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(tái)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(gè)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(yú)夾接入電路作為電源，整個(gè)閃光燈電路圖如圖6所示，開(kāi)關(guān)接到a位置時(shí)，讓電源給電容器充電，然后將開(kāi)關(guān)拔到b位置，發(fā)現(xiàn)電容器放電能讓臺(tái)燈閃光。

2.3 教學(xué)展示過(guò)程

（1）先不接電池盒，閉合開(kāi)關(guān)（實(shí)際是將單刀雙擲開(kāi)關(guān)的S接到b位置），學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)臺(tái)燈不亮（事先要讓電容器放完電）。

（2）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)（實(shí)際上是將S接到a位置），再將電池盒接上（通過(guò)插拔式電源線，用鱷魚(yú)夾連接電池盒），讓學(xué)生看到確實(shí)接上了電池。此時(shí)電源已經(jīng)給電容器充電。

（3）然后再閉合開(kāi)關(guān)（實(shí)際是又將開(kāi)關(guān)S接到b位置），學(xué)生觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)臺(tái)燈閃亮。這時(shí)很多學(xué)生就會(huì)認(rèn)為是因?yàn)橛须娫唇o臺(tái)燈供電。

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

老師演示，當(dāng)開(kāi)關(guān)再次閉合時(shí)（即又將S接到a位置），發(fā)現(xiàn)臺(tái)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(píng)價(jià)

這樣通過(guò)設(shè)置情境，產(chǎn)生了魔術(shù)般的效果，同時(shí)也將學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)暴露無(wú)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?jī)x

3.1 設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)中存在下列問(wèn)題：一、空氣潮濕，平行板電容器上的電荷很容易被導(dǎo)走，實(shí)驗(yàn)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(shí)，很容易兩個(gè)都改變，實(shí)驗(yàn)操作較難控制；三、采用C=間接測(cè)量，原理復(fù)雜，尤其是用靜電計(jì)測(cè)電壓的原理學(xué)生難以理解。由于實(shí)驗(yàn)條件苛刻，實(shí)驗(yàn)較難成功。因此，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)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(dòng)的平板；由絕緣底座，定板，動(dòng)板組成；其中定板用絕緣支架固定，動(dòng)板由旋鈕B控制它前后移動(dòng)以改變板間距離，由旋鈕A左右自由移動(dòng)改變兩板正對(duì)面積。其移動(dòng)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(cè)量上，采用數(shù)字電容表直接測(cè)量電容大小。

3.3 教學(xué)展示過(guò)程

（1）裝好電容表的電池，檢查好線路，將動(dòng)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(duì)面積，記錄數(shù)字電容表上電容的讀數(shù)，改變正對(duì)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(píng)價(jià)

對(duì)實(shí)驗(yàn)器材和原理的改進(jìn)，突破教材上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，利用游標(biāo)卡尺使板間距離及正對(duì)面積可控可測(cè)，直接用電容表測(cè)電容使電容大小的測(cè)量簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。從根本上保證了實(shí)驗(yàn)的“可操作”和“好操作”，節(jié)省了時(shí)間，降低了難度。不僅達(dá)到了探究的目的，同時(shí)用電容表直接測(cè)量電容，通過(guò)控制變量法讓學(xué)生能看到電容的大小與三個(gè)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(shì)差U無(wú)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(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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

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