对一道经典平行板电容器动态分析题目的探究.pdf

对一道经典平行板电容器动态分析题目的探究汤勇(安徽省宁国中学安徽 宣城 )(收稿日期:)摘要:对一道经典平行板电容器动态分析题目的解法提出质疑,给出题目原型,分析问题逻辑,提出误谬来源,呈现解决方案关键词:平行板电容器;动态分析;解题方法平行板电容器是一种电容器的常见结构,它由两个平行的金属板组成,中间有一层绝缘材料由于电容器的特性,它可以用来存储电荷,并在需要时释放出来平行板电容器的动态行为受到电容器的特性和外部环境的影响电容器的特性决定了它的电容,其中影响因素包括正对面积S、板间距离d以及介质的相对介电常数r外部环境,如电压、电流等,也会影响电容器的动态行为但同时也要考虑到电容大小及外界电阻会影响到它的充放电速率很多题目就是忽略了它的充放电速率对题目的影响题目原型如图所示,两块较大的金属板A、B相距为d,平行放置并与一电源相连,S闭合后,两板间恰好有一质量为m、带正电荷量为q的油滴处于静止状态,若将A向左平移一小段位移,则油滴将做怎样的运动?图原题图解法探究原解析:对于平行板电容器,有CrS k d()由式()可知,A向左平移一小段位移会使S减小,C减小平行板电容器与电源相连,U不变,由EUd可知,E不变F电E q知,F电不变故粒子仍然保持静止的实情境下学科和跨学科问题解决能力的发展,促进学生素养的发展跨的目的是从整体上实现学科核心素养的培育和提升但跨学科教学和跨学科实践(包括试题的命制)至少要注意以下两个方面一是跨得适切,即各学科的知识和素养如何建立联系,有必要才可以跨,不能为了跨而跨二是跨的不变与变,包括跨多少的问题,要把握好度,不能丢掉主学科,主学科的核心概念、核心素养等方面不能变,可以变的是实现形式和方式等,但仍要坚持分清主次参 考 文 献吴祖仁义务教育教科书物理(八年级下册)M北京:教育科学出版社,:裴建华鱼的浮沉与鱼鳔的作用的另一种解释J物理教师,():蒋炜波初中物理教学如何做好科学性妥协J物理教学,():,中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准(年版 年修订)S北京:人民教育出版社,:年第 期物理通报物理问题讨论状态但事实真的如此吗?提出问题平行板电容器两极板间的电压真的不变吗?若不变的话,由CQU可知,在C减小而U不变的情况下Q会减小那么电流表中会有由b到a的电流但有电流的前提条件是导体两端有电压可问题是平行板电容器两极板间的电压等于电源两端电压如此前后不就矛盾吗?那么这个问题的正确理解应该是怎样的呢?追根溯源首先由式()可知,A向左平移一小段位移会使S减小,C减小,这二者是同步发生的由CQU可知,C变化首先影响的是U,因为由QI t可知Q的变化需要时间C减小首先导致U增大,U增大导致平行板电容器两端电压大于电源两端电压,从而平行板电容器放电,导致Q减小,直到平行板电容器两端电压等于电源两端电压也就是说放电过程中平行板电容器两端电压是大于电源两端电压的放电阶段结束平行板电容器两端电压才等于电源两端电压如果放电时间不能忽略不计,C减小引起的是U增大,由EUd可知,E增大,小球将向上加速运动原题就是忽略了它的充放电速率对题目的影响因此考虑到充放电速率对题目的影响,需要对原题进行改进改进和拓展()试题改进上述题型确实是一道经典题型,虽然不够严谨,但只要稍微加一点限制条件,也能成为一道经典好题,改进如下:如图所示,两块较大的金属板A、B相距为d,平行放置并与一电源相连,S闭合后,两板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态,若将A向左平移一小段位移,则油滴将做怎样的运动?(电容器充放电时间极短)点评:电容器充放电时间极短,说明平行板电容器两端电压大于电源两端电压的时间可以忽略不计,可以认为平行板电容器两端电压始终等于电源两端电压这样就可以把一道有争议的题目变成一道严谨的经典好题,也避免了一部分优秀学生因为思考细致而失分的情况()试题拓展如图所示,两块较大的金属板A、B相距为d,平行放置,与定值电阻R串联后与一电源相连,其中R的阻值很大,S闭合后,两板间恰好有一质量为m,带正电荷量为q的油滴处于静止状态,若将A向左平移一段位移,则油滴将做怎样的运动?图拓展题图解析:由式()可知,A向左平移一小段位移会使S减小,C减小由CQU可知,C变化首先影响U,因为由QI t可知Q的变化需要时间,而又因为定值电阻R阻值很大,导致平行板电容器的充放电速率较小,放电时间较长将A向左平移的过程中,平行板电容器一直处于放电过程,导致平行板电容器两端电压始终大于电源两端电压由EUd可知,U增大,E增大;F电E q知,F电变大故粒子将向上加速运动点评:加入一个大阻值的定值电阻后,会增大对电流的阻碍作用,延长平行板电容器充放电时间这样就把原题变成了一道较难的题目,学生只有充分理解平行板电容器充放电的工作原理、电流的定义、牛顿第二定律等知识,才有可能完成该题总结平行板电容器的动态分析题型是高中物理的常见题型,但不少命题人在命制试题时容易忽略平行板电容器的充放电速率对题目的影响,存在科学性错误,命制的题目经不起严格的推敲物理试题的命制要符合实际,具有科学性、有效性,这样才能有效培养学生的学科素养 年第 期物理通报物理问题讨论