基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的兩點(diǎn)建議論文
研究影響平行板電容器電容大小的因素的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，這一實(shí)驗(yàn)不僅對研究影響平行板電容器電容大小的因素至關(guān)重要，也是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透物理思想方法的典型實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也是多類考試的命題熱點(diǎn)。幾次教科書的變更，都保留了這一實(shí)驗(yàn)，說明它在高中物理學(xué)習(xí)中的地位和作用。
研究影響平行板電容器電容大小的因素的實(shí)驗(yàn)，是讓學(xué)生在一定的感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，有效地幫助學(xué)生進(jìn)一步理解電容概念，導(dǎo)出平行板電容器電容公式，進(jìn)而正確而深刻地領(lǐng)會公式，并在具體問題中靈活運(yùn)用。
研究影響平行板電容器電容大小的因素這一實(shí)驗(yàn)采用的控制變量法學(xué)生不難理解，學(xué)生的困惑在于 ：靜電計(jì)為什么能測量平行板電容器兩極板的電勢差，這是其一 ;在實(shí)驗(yàn)過程中為什么認(rèn)為平行板電容器的電荷量保持不變，這是其二。搞清楚以上兩點(diǎn)是深刻理解這一實(shí)驗(yàn)原理的關(guān)鍵，只有理解了實(shí)驗(yàn)原理，才能真正掌握、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)中得出的物理規(guī)律。下面詳細(xì)討論以上兩個(gè)問題。
一、討論靜電計(jì)測量平行板電容器電勢差的原理
眾所周知，電容器充電后兩個(gè)極板間有電勢差(電壓)，這一電勢差不能直接用電壓表測量(電壓表工作必須有電流通過)。靜電計(jì)是在驗(yàn)電器基礎(chǔ)上改裝的，它同時(shí)也是一個(gè)電容器，它的金屬球和指針是電容器一個(gè)極，金屬外殼是電容器的另一個(gè)極。實(shí)驗(yàn)中把它的金屬球與平行板電容器的一個(gè)極板連接，金屬外殼與平行板電容器的.另一極板連接，這樣把兩個(gè)電容器并聯(lián)起來了，根據(jù)并聯(lián)電路特點(diǎn)，兩電容器的電勢差始終相等。在實(shí)驗(yàn)過程中靜電計(jì)的電容(C靜)基本不變(靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)對靜電計(jì)電容的影響不大，實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)為靜電計(jì)電容定值)，它的電荷量變化時(shí)，根據(jù)公式 C=Q/U，兩極間的電勢差隨之變化，指針偏轉(zhuǎn)角度隨之變化，從而從靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小變化可以推知平行板電容器兩個(gè)極板間電勢差的變化。因 C=Q/U，即 U= Q/ C，又由于靜電計(jì)電容較小(相對于平行板電容器的電容小得多，靜電計(jì)電容與平行板電容器電容大小的關(guān)系，下面還有討論)，根據(jù) ?U= Q/C，靜電計(jì)電荷量有個(gè)很小的變化就引起它的電勢差比較大的變化，指針偏轉(zhuǎn)角度變化比較大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯。這樣既解決了不能用電壓表直接測量電容器電勢差的問題，同時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯，符合教學(xué)原則。同時(shí)，電勢差的測量方法體現(xiàn)了物理學(xué)間接測量和轉(zhuǎn)換的思想方法。
二、討論實(shí)驗(yàn)過程中為什么認(rèn)為平行板電容器的帶電量不變
實(shí)驗(yàn)過程中，改變平行板電容器兩極板間的距離、改變正對面積、插入或拔出電介質(zhì)都引起靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的變化，這一現(xiàn)象說明靜電計(jì)的帶電量發(fā)生了變化。平行板電容器與靜電計(jì)相互并聯(lián)，總電荷量保持不變，但它們的電荷量可以互相轉(zhuǎn)移，因而平行板電容器的帶電量隨之變化。靜電計(jì)電容(記為 C靜)比起平行板電容器電容(記為 C平)小得多(為了實(shí)驗(yàn)取得較好的效果，平行板電容器平板直徑一般取 20cm 左右，兩板間距離 0.5~1.0cm，這樣能保證平行板電容器的電容遠(yuǎn)大于靜電計(jì)電容，即 C平》C靜)，由于平行板電容器與靜電計(jì)電勢差相等，根據(jù)公式 Q=CU，平行板電容器電荷量 Q平遠(yuǎn)大于靜電計(jì)電荷量 Q靜，即 Q平》Q靜。改變平行板電容器板間距離、改變正對面積、插入或拔出電介質(zhì)過程中，雖然電勢差有較明顯的變化，但靜電計(jì)電荷量的變化量 Q靜=C靜U靜不大(因?yàn)?C平》C靜)，因此可以認(rèn)為平行板電容器電荷量不變。這樣的考慮同時(shí)也體現(xiàn)了物理學(xué)突出主要矛盾，忽略次要因素的研究問題方法。
弄清了以上兩點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理方面的難點(diǎn)基本解決。當(dāng)然靜電實(shí)驗(yàn)受環(huán)境影響較大，成功率相對低，有時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，要使本實(shí)驗(yàn)取得理想效果，就要周密考慮環(huán)境影響，克服不利因素，才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果。
總之，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)理論聯(lián)系實(shí)際的具體體現(xiàn)，也是激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣的媒介，更是調(diào)動他們學(xué)好物理的主動性和積極性的重要手段。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，重視實(shí)驗(yàn)原理的理解掌握，也是解決設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)問題的基礎(chǔ)。可以說沒有對實(shí)驗(yàn)原理的充分理解，就沒有高效物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。要發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的這些作用，只有明確實(shí)驗(yàn)原理，才能真正抓住實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，理解操作的目的和要求，以已有知識為中介，做到知識的遷移，進(jìn)而達(dá)成課程目標(biāo)，提升學(xué)生思維能力。
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