余冬冬

(江蘇省宜興市丁蜀高級中學(xué) 214221)

開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，唯有符合學(xué)生的思維特征，方能讓學(xué)生真正感知到科學(xué)的發(fā)展過程，繼而也有助于發(fā)展學(xué)生思維.對此，教師在實(shí)際教學(xué)前需務(wù)必掌握上述要點(diǎn)來為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體開展提供參考，以此提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率及效果.

一、問題的提出

高中物理包含許多抽象性極強(qiáng)的概念，如“電容”便是其中之一.就實(shí)際教學(xué)而言，若僅是憑借人教版教材中對電容的定義來讓學(xué)生理解，勢必難以使其對電容概念產(chǎn)生正確理解.通過設(shè)計(jì)一個(gè)能給學(xué)生提供如猜想、探究、設(shè)計(jì)以及問題解決的實(shí)驗(yàn)機(jī)會，如此不僅能加深學(xué)生對電容概念的認(rèn)知深度，且能促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階，繼而讓學(xué)生之物理核心素養(yǎng)得到提升.至于具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，教師可由電容器的特征入手，通過對電容器特征的展示，讓學(xué)生能從多角度探究到電容與各大影響因素之間的關(guān)系，包括電荷、電壓及平行板電容器電容等.如此在不斷解決問題的過程中，學(xué)生的物理概念模型也將悄然成型.

二、實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)及設(shè)計(jì)評估

1.巧設(shè)演示實(shí)驗(yàn)，探究電容器電荷量與電壓關(guān)系

針對電容器電荷量與電壓關(guān)系的探究，核心要點(diǎn)便在于掌握該如何去比較電容器的存儲電荷.解決了上述問題，學(xué)生的認(rèn)知必將得到明顯提升.就以圖1所示之實(shí)驗(yàn)為例.就以下實(shí)驗(yàn)而言，因比之大時(shí)鐘，小時(shí)鐘不僅有著較小的耗電量，且頻率也相對較為穩(wěn)定，故在電容器充滿電的情況下對小時(shí)鐘放電，小時(shí)鐘秒鐘的走動(dòng)時(shí)間也會更長，這也同步使得電容器的放電時(shí)間得到了明顯延緩，學(xué)生觀察也將更為方便.不僅如此，基于小時(shí)鐘秒鐘每走一個(gè)所需電量幾乎沒有差異，故在同樣儲電量的電容下，秒針均會停留在同樣的位置，由此便可說明電容器容納電荷的大小.接下來探究不同電壓下小時(shí)鐘的放電情況，此時(shí)教師可采用兩個(gè)規(guī)格不同的電容，且讓不同規(guī)格的電容處于不同電壓的狀態(tài)，而后將小時(shí)鐘秒針?biāo)叩母駭?shù)記錄下來.

U/V10000μF格數(shù)2200μF格數(shù)1.02961.545102.061132.57617

當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)過程教師也當(dāng)提出相應(yīng)的問題，如基于上述兩組實(shí)驗(yàn)，是否能由此總結(jié)出小時(shí)鐘秒針?biāo)吒駭?shù)的變化規(guī)律.又如，電壓與電容器存儲的電荷之間有著怎樣的關(guān)系呢？

學(xué)生：由上述實(shí)驗(yàn)可以知曉，電容器的存儲電荷量與電容器本身的充電電壓呈正相關(guān)的關(guān)系.

教師：那么從上述實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)所反饋出的數(shù)據(jù)上，你們能得到怎樣的規(guī)律呢？

學(xué)生：在不考慮誤差的情況下，若同樣規(guī)格電容器所對應(yīng)的電壓相同，則小時(shí)鐘秒針最終所走的格數(shù)也將保持一致.

學(xué)生：是否是電容器所帶電荷越多，小時(shí)鐘秒針也能走更多格數(shù)？雖然我們不能直接測量電容器的電荷量，但能否將之進(jìn)行轉(zhuǎn)化，比如一小時(shí)中秒針?biāo)叩母駭?shù)來計(jì)算？

基于上述實(shí)驗(yàn)通過總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們還能得知.電容器的ΔQ/ΔU為定值.而在整個(gè)探究過程中，學(xué)生因自主解決問題而會對此產(chǎn)生更加深刻的學(xué)習(xí)印象，加上教師在思維上的引導(dǎo)，使得學(xué)生的思維層級也將上升一個(gè)檔次.

就上述實(shí)驗(yàn)而言，具體的實(shí)驗(yàn)過程需尤為關(guān)注以下幾點(diǎn)：一是考慮到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)需盡量選擇電容較大的，如此方能讓小時(shí)鐘走更多格，繼而提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性.二是電路的連接必須準(zhǔn)確，不能接反；三是不能使用太高的電源電壓，以免燒壞小時(shí)鐘.

2.巧用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)，用DIS精確探究電容器電荷量與電壓的關(guān)系

雖然，上述實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)變得直觀化，但電容器在不同電壓下存儲電荷多少的判斷只能通過比較的方式來獲得以及無法對電容器儲存電荷的具體量予以精確計(jì)算等.對此，教師便可考慮引進(jìn)現(xiàn)代化的設(shè)備，一來解決上述問題，二來則能讓實(shí)驗(yàn)過程變得更加直觀，三來則能探知到更多上述實(shí)驗(yàn)所無法的呈現(xiàn)的.諸如以Q=It來直接求解電荷量的多少、利用DIS電流傳感器記錄電容器放電時(shí)的I-t圖象而后結(jié)合圖象來計(jì)算電荷量等.

結(jié)合圖2(a)將電路連好，數(shù)據(jù)采集器的一端接入電流傳感器.此時(shí)的放電曲線如圖2(b)所示.據(jù)此：

教師：圖象中清楚的反饋出，電容器電流隨著時(shí)間的延長在不斷的變小并最終趨近于0.同學(xué)們，你們是否能由此對電容器存儲的具體電荷量進(jìn)行判斷.

學(xué)生：可根據(jù)放電時(shí)間來加以判斷，若電流為零時(shí)間長在代表電荷越多.反之則越少.

學(xué)生2：電荷越多說明放電的最大電流越大，因此可以從電流的最大放電量入手加以判斷.

之后教師再重復(fù)同樣的實(shí)驗(yàn)，電流大小可通過電流定義式I=Q/t來加以計(jì)算，先結(jié)合此前所學(xué)來求出電荷量Q.

學(xué)生：電荷多少可通過I-t圖象的面積好求得.

教師：很好，現(xiàn)在同學(xué)們自主開展實(shí)驗(yàn)，并將所得之實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下來.

實(shí)驗(yàn)次數(shù)UQQ/U13V0.02993C0.00997926V0.05997C0.00999539V0.08988C0.009987412V0.11988C0.009990

對于上述過程，最核心的論點(diǎn)當(dāng)是圍繞電容器容納電容本領(lǐng)與那些因素相關(guān).而當(dāng)學(xué)生能基于精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出問題答案時(shí)，其思維品質(zhì)必將得到有效提升.

為防止出現(xiàn)較大波動(dòng)而影響技術(shù)，故開關(guān)的閉合必須快速完成.

通過加入電阻來使放電的時(shí)間延緩，這樣做的目的自然是為了讓誤差變小.至于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，不僅要讓學(xué)生對具體的方法有一個(gè)全面認(rèn)知，且需使其認(rèn)知到何種原因能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生.這將有助于提升學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神.

對于數(shù)據(jù)的具體處理，教師需首先對圖象的變化過程展開分析，繼而讓學(xué)生對圖象面積的物理含義產(chǎn)生正確理解，以此方能讓學(xué)生的問題分析與解決能力得到同步發(fā)展.

三、結(jié)論

總之，針對“電容器電容”的具體教學(xué)過程，教師將問題作為主線，并以促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階為目標(biāo).目的不僅僅是要讓學(xué)生問題思維得到有效鍛煉.更為重要的是，此教學(xué)方法將完全改變傳統(tǒng)以知識灌輸為主的教育方式，這樣的改變不僅更有助于提升學(xué)生的思維層次，且學(xué)生發(fā)現(xiàn)、思考、分析及解決問題的能力也將得到良好發(fā)展，繼而在保證良好的教學(xué)效果和效率同時(shí)亦確保學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)能得到更好的發(fā)展.