單刀雙擲開(kāi)關(guān)在初中物理電學(xué)中的重要作用

李咸啟

2017年廣東省初中物理中考，很多學(xué)生說(shuō)當(dāng)一看到試卷上作圖題中的第3小題，一下子就懵了，沒(méi)見(jiàn)過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)。近五年廣東省物理中考題中，有兩次考過(guò)家庭電路的作圖，一次是2012年聲控開(kāi)關(guān)的接線，另一次是2015年插線板的接線。因此不少教師都猜測(cè)考查家庭電路的作圖，不外乎是插座或開(kāi)關(guān)，而插座的接線方法是“左零右火中接地”，開(kāi)關(guān)則接在火線與用電器之間。這些在中考前學(xué)生都反復(fù)訓(xùn)練過(guò)，壓根沒(méi)想到這次物理中考偏偏考的是單刀雙擲開(kāi)關(guān)。教師沒(méi)想到，學(xué)生自然就沒(méi)訓(xùn)練過(guò)，這樣的考試結(jié)果也就可想而知了。其實(shí)單刀雙擲開(kāi)關(guān)在初中物理電學(xué)中的作用至關(guān)重要，熟悉單刀雙擲開(kāi)關(guān)，是理解電學(xué)中幾個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)的前提與基礎(chǔ)，因此在教學(xué)中不能輕視與忽略。

《2017年廣東省初中畢業(yè)生物理學(xué)科學(xué)業(yè)考試大綱》（以下簡(jiǎn)稱《大綱》）對(duì)安全用電這部分內(nèi)容的要求是探究，《大綱》對(duì)探究的具體目標(biāo)是：經(jīng)歷體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和理論等方式的科學(xué)探究，建立感性認(rèn)識(shí)，表達(dá)見(jiàn)解和感受，能根據(jù)要求制訂計(jì)劃、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、搜集證據(jù)、分析論證，形成科學(xué)的價(jià)值觀。家庭電路是最常見(jiàn)、最基本的實(shí)用電路，電學(xué)中要求熟悉家庭電路的連接，并學(xué)以致用，不熟悉單刀雙擲開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)與作用，就很難達(dá)到探究的要求。

單刀雙擲開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由動(dòng)端（也叫動(dòng)觸頭）和不動(dòng)端（也叫靜觸頭）組成，動(dòng)端也就是所謂的“刀”，它有兩種使用方法：一是把“刀”和右邊的不動(dòng)端相連（如圖2），此時(shí)右邊的開(kāi)關(guān)接通；同時(shí)這個(gè)“刀”還可以選擇與左邊的不動(dòng)端相連，這樣左側(cè)的開(kāi)關(guān)接通，此時(shí)右邊的開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的。因?yàn)榈兜拈]合方式有兩種，相當(dāng)于一個(gè)“刀”可以控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)，所以叫單刀雙擲開(kāi)關(guān)。根據(jù)單刀雙擲開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)與原理，就很容易作出在兩地控制一盞燈的電路圖（如圖3），其中的S1、S2是兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，可以安放在兩個(gè)地方。S1、S2兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)的“刀”可以選擇與上面或下面的不動(dòng)端相連，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在兩地用兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)來(lái)控制同一盞燈。

除了利用單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩地控制同一盞燈以外，單刀雙擲開(kāi)關(guān)在初中物理電學(xué)中還有很多重要的應(yīng)用，比如控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路，在九年級(jí)物理課本第二十章“電與磁”第四節(jié)電動(dòng)機(jī)中有道題目：設(shè)計(jì)一個(gè)電路，使電動(dòng)機(jī)在人的操作下既能正向轉(zhuǎn)動(dòng)，也能反向轉(zhuǎn)動(dòng)。九年級(jí)教師教學(xué)用書(shū)中的參考答案如圖4所示，這個(gè)電路其實(shí)就是利用兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)來(lái)改變流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流方向，從而實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)或反向轉(zhuǎn)動(dòng)。但是如果不熟悉單刀雙擲開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)與原理，是無(wú)法理解這個(gè)電路的。

另外，九年級(jí)物理課本第二十章“電與磁”中第三節(jié)的主要內(nèi)容是電磁繼電器（如圖5）。電磁繼電器的工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)中高壓工作電路的觸點(diǎn)其原理就相當(dāng)于一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，只不過(guò)根據(jù)實(shí)際電路的需要，既可以把這個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)接入電路（如圖6），也可以只把其中的一個(gè)開(kāi)關(guān)接入電路（如圖7）。與用單刀雙擲開(kāi)關(guān)兩地控制同一盞燈不同的是，電磁繼電器中這個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)的“刀”是由電磁鐵控制的。目前電磁繼電器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器，弄清楚了電磁繼電器的高壓工作電路其實(shí)就是一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，電磁繼電器的工作原理就容易理解了。

既然單刀雙擲開(kāi)關(guān)在初中物理電學(xué)中應(yīng)用廣泛，那在平時(shí)的教學(xué)中教師應(yīng)該重視學(xué)生對(duì)它的理解與掌握，尤其是實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練更要加強(qiáng)。用單刀雙擲開(kāi)關(guān)在兩地控制同一盞燈的家用電路，可以做成一塊電路模板（如實(shí)物圖8），通電演示在兩地如何實(shí)現(xiàn)控制，斷電后再讓學(xué)生看電路結(jié)構(gòu)。還可以用低壓電路（只要把交流電源改為兩節(jié)干電池，把220V的燈泡換成2.5V的即可，實(shí)物圖如圖9所示）來(lái)模擬，讓學(xué)生實(shí)際連線。學(xué)生通過(guò)自己實(shí)操，肯定能大大加強(qiáng)對(duì)單刀雙擲開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)與作用的理解。為了進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)單刀雙擲開(kāi)關(guān)的訓(xùn)練，還可以結(jié)合其他的電路，比如顯示發(fā)光二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟碾娐罚涂梢杂靡粋€(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)（電路如圖10，實(shí)物圖如圖11所示）。這些實(shí)驗(yàn)都能在實(shí)驗(yàn)室甚至課外讓學(xué)生自己操作，效果良好。

由此可見(jiàn)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)在初中物理電學(xué)中應(yīng)用廣泛，要突破教學(xué)中的這個(gè)難點(diǎn)，關(guān)鍵是多設(shè)計(jì)一些能讓學(xué)生多動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)。

責(zé)任編輯 羅 峰