自制電容器在物理教學中的應用

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[摘 要]物理是一門建立在實驗基礎上的自然科學，實驗器材是物理課堂教學中的常用教具。教師在物理教學中可利用生活中的廢棄物品和手邊的工具開發(fā)一些實驗器材，以彌補學校實驗器材的不足，同時也能激發(fā)學生的學習興趣，增強實驗效果。文章結(jié)合教學實踐，介紹了一種電容器的制作及其在物理教學中的應用。

[關鍵詞]自制電容器;廢棄品;演示實驗;激發(fā)興趣

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）20-0055-02

人教版選修3-1第一章《靜電場》第8節(jié)《電容器的電容》是電學中比較重要的一節(jié)課，本節(jié)課的三維目標要求學生知道電容器的概念，認識常見電容器，通過實驗感知電容器的充放電現(xiàn)象。電容器在各種電子儀器中都有廣泛的應用，但是由于學生很少打開電器觀察其內(nèi)容結(jié)構，所以學生對電容器只有初步模糊的認識。鑒于上述原因，為了激發(fā)學生的學習興趣，增強實驗效果，有必要組織學生自制電容器，讓學生直觀認識電容器的外形、兩個極板、填充介質(zhì)，并且讓學生直觀感受電容器的充放電過程。學生通過經(jīng)歷電容器的制作過程，對電容器的了解就比較透徹，從而提高教學效果。

一、電容器的制作

1.材料準備

廢棄的相同規(guī)格的大號飲料杯三個，廢棄的相同大小的易拉罐兩個，小圓鐵球一個，導線兩根，廢棄的1米長PVC管一根，一塊毛皮，一把剪刀（如圖1）。

2.制作原理

參照平行板電容器和聚丙烯固體電容器的結(jié)構，兩個剪好的易拉罐金屬片就是兩個金屬極板，中間的大號飲料瓶相當于兩個金屬極板間的填充介質(zhì)。一根導線連接圓鐵球和其中一個易拉罐作為一極A，另外一根導線接另外一個易拉罐作為另一極B。三個大號飲料杯緊扣在一起也基本實現(xiàn)了電容器極板間的密閉狀態(tài)。利用毛皮摩擦PVC管使其帶上大量電荷，并與自制電容器的一極A充分接觸，使其充上電。

3.制作過程

（1）將兩個廢棄易拉罐剪去頭尾，只留中間部分。

（2）把剪好的兩片易拉罐金屬片分別鉆眼接上導線。

（3）將其中一個易拉罐金屬片鋪在最外層大號飲料杯里，緊接著放第二個大號飲料杯，壓緊剛鋪好的易拉罐;再放另一片易拉罐金屬片在第二個大號飲料杯里鋪好，接著放第三個大號飲料杯將鋪好的第二片易拉罐金屬片壓緊。將連接最里面易拉罐金屬片的導線接圓鐵球，并將鐵球固定在大號飲料瓶杯蓋中央處。將與最外側(cè)易拉罐金屬片連接的導線引出。

這樣，自制電容器就制作好了（如圖2）。

二、自制電容器在教學中的應用和效果

在《電容器的電容》這一節(jié)引入新課時，筆者把自制的電容器放在講桌上，立馬引來了學生好奇的目光，有的學生說它很漂亮，像個藝術品。筆者先不告訴學生這是一個電容器，而是先請一位學生上臺來用準備好的毛皮摩擦PVC 管使其帶上大量電荷，并立即將其與自制電容器的A極（最上端的圓鐵球）充分接觸，給自制電容器充電，這時會聽到“啪啪”的響聲。

重復上述步驟七、八次，使電容器充上足夠的電荷。學生對這些響聲相當好奇。都想知道這到底是什么東西。帶著神秘感，筆者又請另一位同學上臺來。引導他將左手手指和右手手指同時接觸電容器的兩個極（圓鐵球和引出的另一根導線），這時人體就充當了導體，負極板多余的電子就會通過人體轉(zhuǎn)移到正極板，這時人會感受到強烈的電擊現(xiàn)象。參與演示實驗的學生說，當電流迅速流過他身體的時候，他體會到了心動的感覺。這時所有學生都想上臺來體驗這種心動的感覺。鑒于這種情況，筆者起用了手搖式感應起電機給電容器充上大量電荷，讓十位學生同時上臺來手牽著手，一起體會這種被電擊的心動的感覺。這樣幾撥下來，所有學生都親身體驗到了電容器的充放電現(xiàn)象。

這時，筆者再告知學生這是老師自制的電容器，學生都投來了崇拜的眼神。然后筆者再請一位學生上臺來將自制電容器輕輕拆開，讓學生直觀認識電容器的結(jié)構。告知學生其實物理課堂中用到的這些像電容器一樣的小的實驗器具是可以自己制作的，鼓勵他們在課余時間多查閱一些相關資料，多動腦思考，動手設計一些有用的小“作品”。

三、評價

自制教具是教師和學生利用簡便易行的方法，就地取材，自己動手制作的教具。自制教具在教學中可以發(fā)揮重要的作用。從改革教學方法角度來看，它會比一般教具更有使用價值。筆者認為，在物理教學過程中，演示實驗是不可缺少的一部分，利用廢棄品自制教具做演示實驗更貼近教學實際，能讓學生有更直接的感觸。本教具制作過程比較簡單，易操作，可以組織學生在課余時間以小組為單位，自行制作。在制作教具過程中，將廢棄的大口飲料杯、易拉罐回收利用，讓學生深刻體會到知識與創(chuàng)新可以變廢為寶，從而真正體會到創(chuàng)新帶來的快樂。同時培養(yǎng)學生的物理觀念、物理創(chuàng)新意識、思維能力和組織協(xié)調(diào)能力，提升學生的科學態(tài)度和責任，這也正符合新一輪課程改革中提出的培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的要求，這也正是我們物理教學的真正目的。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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[2]? 劉炳昇.繼承傳統(tǒng) 開發(fā)自制教具的創(chuàng)新教育功能（下）[J].教學儀器與實驗，2013（2）：3-5.

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（責任編輯 易志毅）