几个自制教具赏析

谢志刚+吴勇+宋培文+杜仁华

摘 要：物理是一门实验学科，为了增加实验的趣味性、实用性、科学性和直观性，在教学中设计或改装了“叉鱼瞄准器”“自制闪光灯”“平行板电容器电容探究仪”这几个教具。本文从设计背景、结构及原理、教学展示过程几个方面进行了介绍及评价。

关键词：自制教具；叉鱼瞄准器；自制闪光灯；电容器；电容

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）10-0059-3

近几年来，我们物理教研组的许多老师参加了各级各类的教学大比武、实验技能大赛、优质课展评等活动。在这些活动中，我们根据教学的需要，自己设计或者改进了一些实验器材，取得了较好的效果，现将几个主要的自制教具介绍如下。

1 叉鱼瞄准器

1.1 设计背景

初中物理“光的折射”一课的教学引入中，课本里是通过演示光从一种介质斜射入另一种介质中发生了偏折的现象引入光的折射现象的概念，在实际教学中此种引入方式显得千篇一律，没有新意，难以在最快的时间里引起学生的兴趣，集中学生的注意力。因此，在该课的引入上，我们设计制作了教具“叉鱼瞄准器”，在教学过程中使用，收到了良好的教学效果。下面具体介绍该教具的设计和制作方法。

1.2 材料及主要结构

如图1左侧为一水槽，水槽侧壁贴有一条“小鱼”的图画，右边部分为一金属支架，支架上固定一倾斜的直杆，其中杆的倾斜角度可以通过支架上的旋钮调节，直杆可用一段中空的钓鱼竿。还需一根铁钎做叉鱼器使用，让铁钎能恰好从中间通过钓鱼竿。

1.3 教学展示过程

（1）水槽里先不装水，调节支架旋钮，眼睛通过中空的鱼竿瞄准“小鱼”的位置，然后固定好支架，再将铁钎从钓鱼竿的上端开口放入，使其从下端开口处射出，发现恰好叉中“小鱼”，如图2所示，学生自己操作并验证光在同种均匀介质中沿直线传播的结论。

（2）往水槽里加水，再利用上述的“瞄准器”，仍然是调节支架旋钮，先用眼睛在钓鱼竿的上端瞄准水中“小鱼”的位置，固定好支架后，可以让学生上台来调节或观察是否瞄准，也可以用激光小手电让光从上端沿钓鱼竿射入，从下端射出恰好射中水中的“小鱼”，如图3所示。

（3）在大家都确信瞄准器已瞄准的情况下，再将铁钎从钓鱼竿的上端放入，使其从下端开口射出，但发现此次铁钎击在“小鱼”的上方，没有击中瞄准的“小鱼”。如图4所示。

1.4 評价

通过设置学生非常感兴趣的叉鱼的情境，激发学生的好奇心，然后，再通过引入矛盾的冲突产生强烈的求知欲。另外，该装置制作材料普通，制作方法简单，符合科学原理，实验效果科学直观、具体形象，可操作性强，有较强的感染力。有利于激发兴趣和调动学生学习科学知识的积极性，取得了很好的课堂教学效果。

2 自制闪光灯

2.1 设计背景

在高中物理《电容器 电容》一节的教学中，课本是通过莱顿瓶及照相机的闪光灯这些事例来说明电容器是贮存电荷的装置。这种方式不直观，不能让学生信服，而且存在疑惑。因为很多学生都会认为闪光灯之所以能闪光，是因为其内部有电源，往往不能认识到电容器的作用，因此我们自制了下面的闪光灯。

2.2 结构及工作原理介绍

买来额定电压110～220 V（充电电压）、工作电压3～6 V的发光二极管（LED）台灯，除去底座部分，只用上部的发光二极管及导线，将其接在自制的电路盒两端，如图5所示。电路盒内有电池盒和一个大电容器，电池盒可以取出，内装4节干电池，用插拔式电源线和鳄鱼夹接入电路作为电源，整个闪光灯电路图如图6所示，开关接到a位置时，让电源给电容器充电，然后将开关拔到b位置，发现电容器放电能让台灯闪光。

2.3 教学展示过程

（1）先不接电池盒，闭合开关（实际是将单刀双掷开关的S接到b位置），学生观察实验现象。发现台灯不亮（事先要让电容器放完电）。

（2）断开开关（实际上是将S接到a位置），再将电池盒接上（通过插拔式电源线，用鳄鱼夹连接电池盒），让学生看到确实接上了电池。此时电源已经给电容器充电。

（3）然后再闭合开关（实际是又将开关S接到b位置），学生观察现象发现台灯闪亮。这时很多学生就会认为是因为有电源给台灯供电。

（4）再断开开关（实际上又将开关S接到了a位置，此时电源又给电容器充电）后，引导学生思考：如果此时将电池盒取下后，开关再次闭合时（实际又是将S接到b位置），灯是否还会闪亮。学生会回答：灯不亮。

老师演示，当开关再次闭合时（即又将S接到a位置），发现台灯仍要闪亮。

（5）展示自制闪光灯内部结构，引出电容器及其功能。

2.4 评价

这样通过设置情境，产生了魔术般的效果，同时也将学生的错误认识暴露无遗，引起学生的认知冲突，激发了强烈的好奇心，产生了强烈的求知欲，很好地引出新课电容器的学习。并揭示出电容器的功能——贮存电荷的装置，教学效果很好。

3 影响平行板电容器电容探究仪

3.1 设计背景

在高中物理《电容器 电容》一节的教学中，研究平行板电容器电容的大小与哪些因素有关的实验中存在下列问题：一、空气潮湿，平行板电容器上的电荷很容易被导走，实验较难成功。二、电容器两极板未固定，当改变两板面积或距离时，很容易两个都改变，实验操作较难控制；三、采用C=间接测量，原理复杂，尤其是用静电计测电压的原理学生难以理解。由于实验条件苛刻，实验较难成功。因此，我们对实验器材稍加改进，制成了如图7和图8所示的演示器。

3.2 结构及工作原理介绍

用铝板自制的平行板电容器代替教材中活动的平板；由绝缘底座，定板，动板组成；其中定板用绝缘支架固定，动板由旋钮B控制它前后移动以改变板间距离，由旋钮A左右自由移动改变两板正对面积。其移动情况与游标卡尺的结构原理相同，如图9所示，在电容大小的测量上，采用数字电容表直接测量电容大小。

3.3 教学展示过程

（1）装好电容表的电池，检查好线路，将动板和定板的位置调整到面积最大和距离最小，观察电容表上的示数。

（2）调整旋钮A改变电容器两板正对面积，记录数字电容表上电容的读数，改变正对面积，得到多组数据。

（3）调整旋钮B改变电容器两板间距，记录数字电容表上电容的读数，改变板间距离，得到多组数据。

（4）在A、B板间放入不同的电介质，观察并记录数字电容器表的读数及变化。

3.4 评价

对实验器材和原理的改进，突破教材上实验设计的不足，利用游标卡尺使板间距离及正对面积可控可测，直接用电容表测电容使电容大小的测量简单准确。从根本上保证了实验的“可操作”和“好操作”，节省了时间，降低了难度。不仅达到了探究的目的，同时用电容表直接测量电容，通过控制变量法让学生能看到电容的大小与三个决定因素的数量关系，学生也更容易理解电容器的电容与所带电荷量Q和电势差U无关，只与电容器本身的决定因素即本身的属性有关，突破了本节的难点。

参考文献：

[1]刘炳昇.漫谈演示实验的精心设计[J].物理教学，2011（8）：22.

[2]张飞翔.高中物理演示实验创新的几点思考[J].物理教学，2013（11）：19.（栏目编辑 王柏庐）endprint