浅谈教材对电容器教学的设计

邵泽峰

摘 要：类比法不仅是一种教学方式，而且是突破教学难点的一个重要的手段，电容器的教学采用与水桶类比，有优点，也有一定的缺陷。改进类比方式，增强类比的相似度，能够有效的帮助学生建立新概念。

关键词：增强类比的相似度；建立新概念

电容器的电容是高中物理中非常抽象的一个概念，也是学生非常难理解的一个概念，为了帮助学生理解这个概念，现行的教材，大多采用类比的教学方法。笔者认为，教材中采用的类比法，有优点，同时也存在一定的缺陷，现就此作一下阐述。

1 采用盛水容器类比引人电容器和电容优点明显

正如盛水容器，如水桶能够盛水一样，电容器就是容纳电荷的装置，不同的水桶盛水的本领不同，同样不同的电容器容纳电荷的本领也不同，这个本领定义为电容。水桶是学生身边熟悉的装置，教材这样引人电容器和电容，密切地联系学生的生活经验，形象直观，通俗易懂。

2 用盛水容器类比得出电容的定义C=Q/U有不足之处

在得出电容的定义C=Q/U过程中，教材采用与水桶盛水类比，即电容器的带电量Q与水桶盛水的体积V类比，电容器的电压U与水的深度H类比，横截面积S与电容器容纳电荷的本领电容C类比。由于横截面积S=V/H反映不同水桶盛水的本领，所以Q/U也反映了不同电容器容纳电荷的本领，于是定义反映电容器容纳电荷的本领的物理量，即电容C=Q/U。

用盛水容器水桶类比虽然密切联系学生的生活经验，但是，类比的两个物理量或概念相似度要高，这样能有效地唤起学生的共鸣和兴趣，而在这里，教材的设计显然存在不足。电容器的电压U与水的深度H类比，学生是不好接受的，深度H是具体、直观反映实物的物理量，电压是反映电的属性的物理量，两者之间的相似度较差，学生不好接受是在情理之中的。笔者认为，如果用水的压强p=ρgH类比电压U效果会好，两者都是反映物理属性的物理量，相似度高，而且，水的压强p与水的深度H呈正比关系，这样和电压U与水深H类比的作用一致，所以用水的压强类比电压显然更便于学生接受。

横截面积S与电容器容纳电荷的本领电容C类比就更不利于学生理解了，原因是横截面积S與电容器容纳电荷的本领电容C相似度更差，首先横截面积S反映水桶盛水的本领这一点学生生活感受不深，而且横截面积S同样是一个具体、直观反映实物的物理量，电容器电容C是一个反映电容器属性的、非常抽象的物理量，两个物理量差别是非常大的，如此类比学生难以接受是可想而知的。

所以，有的教材为了帮助学生再理解，又采用与R=U/I或ρ=m/V类比理解，虽然这是非常典型的比值定义的物理量，但是这样类比，只能利于学生理解电容C等于电量与电压的比值，且与电量Q和电压U无关的物理性质，不能帮助学生理解C=Q/U的得出过程。

3 采用轮胎或容气瓶类比电容器效果好

类比法理解抽象的概念，采用相同或相识度高的物理量类比能有效的帮助学生理解接受新概念，反之相识度不高，不仅不能帮助学生，反而把学生的理解引入误区。

对于电容器的教学中，如果采用轮胎或容气瓶类比，笔者经过实践认为效果更好，因为两者的相似度高，而且轮胎充气是学生非常熟悉的现象，密切联系学生身边的生活经验，直观具体，下面做具体阐述。

引入过程：轮胎是容纳气体的物体，同样电容器是容纳电荷的装置，不同的轮胎容纳气体的本领不同，同样不同电容器容纳电荷的本领有大有小，这样引入与水桶类比引入有异曲同工之处。

得出电容的定义C=Q/U过程：在一个轮胎中充入不同的气压时，气压大，充入的气体量多，充入的气压加倍时，充入的气体量也会加倍，但比值不变，这符合气体定律，也说明比值是由轮胎决定的量，与气压和气体量无关。在不同轮胎中充入相同气压的气体，充入的气体量多的轮胎容纳气体的本领大，对应气体量与气压的比值也大，这样我们用单位气压下容纳气体量来反映不同轮胎的容纳气体的本领，即容纳气体量m与充入气压P的比值反映这个本领。这样符合比值定义新物理量的特点，学生是容易接受的。同样电容器的电量Q与充入的气体量m类似，加在电容器上的电压U与充入气压P类似，对于一个电容器，加的电压U加倍，电量Q加倍，电量与电压的比值不变，不同的电容器电压相同时，电量多的容纳电荷的本领大，电量与电压的比值大。通过类比可以自然得出电容器带的电量Q与加在电容器上电压U的比值反映电容器容纳电荷的本领，且一个确定的电容器这个比值不变，是由这个电容器决定的物理量，与电量和电压无关，这个本领定义为电容C，即C=Q/U。

这样类比贴近学生的生活，自然、形象，不足之处是气体量m与充入气压P的比值不是学生学过的物理量，是学生容易接受的物理现象。如果再结合R=U/I或ρ=m/V类比理解，会对电容器的性质理解更完善，这样，学生很容易对电容器形成一个完整的、正确的认识。

4 恰当地选择类比帮助学生建立新概念

笔者在教学中采用了上述多种类比方式，采用轮胎类比与R=U/I或ρ=m/V类比结合，学生理解效果最好。综上所述，通过恰当地选择学生熟悉的物理量和物理现象，类比得出新概念，可以有效的帮助学生正确地理解、建立新概念，恰当与否取决于两者的相似度，如果相似度不好，教学效果会适得其反。