初中物理“短路”實驗的一點改進

韋 超

(重慶市永川區教育科學研究所，重慶 402160)

在初中物理學習中,“電路”是一個非常重要的基本概念,“電路”的學習既是加強對“電流”的理解和應用,也是后續學習“串聯和并聯電路”的基礎,人教版和上科版教材都安排在9年級電學知識的第2節內容學習．學生在學習過程中是第一次學習連接電路,第一次學習畫電路元件符號,第一次學習畫簡單的電路圖．教材通過讓學生自己動手連接一些簡單電路從而認識電路的組成部分,進而了解電路和3種狀態:通路、斷路和短路．但學生對“短路”的認識始終是比較模糊和抽象的,凸顯出“短路”是本節學習的一個最大的難點,表現有兩個方面:一是學生無法識別電路的短路狀態;二是連接電路操作時常有短路發生．

在義務教育教科書人民教育出版社9年級《物理》(2013年6月版)第39頁對短路的表述:直接用導線將電源的正、負極連接起來,這種情況叫做短路．電源被短路,電路中會有很大的電流,可能把電源燒壞,這是不允許的．

在義務教育教科書上海科技出版社9年級《物理》(2013年6月版)第65頁對短路的表述:不經過用電器而直接將電源兩極用導線連通的電路．短路時,電流很大,會燒壞電源和導線．在生產和生活中若發生短路,輕則用電器不工作,重則會引發火災．所以,一般情況下短路是絕對不允許的．

各種版本的教材中都提到了電路發生“短路”時,電流很大,會燒壞電源和導線,還配插圖以示導線起火了．但由于學生認知的時序性,對“電流很大”沒有直觀的認識,對導線因電流大而“燃燒”起來更沒有直觀的因果聯系;由于學生生活經驗的缺乏,對家庭電路中的短路現象也基本沒有印象,所以“短路”這一難點內容必須要通過實驗才能有效突破．教師們在教學中一般設計有以下幾種實驗:

(1) 1節干電池短路點燃口香糖包裝紙:本實驗的優點是來實驗材料源于生活,缺點是實驗效果的穩定性差,經常出現不能點燃的情況．

(2) 用蓄電池短路燒斷細銅線或點燃附著在細銅線上的棉花:優點是實驗效果明顯,成功率高,缺點是實驗過程太快,細銅線被瞬間燒斷或棉花被瞬間點燃,學生缺少對實驗過程的感受和體驗．

(3) 在生活用電電路中接入保險絲演示“短路”:優點是實驗視覺感觀效果較強,并伴隨著聲音,缺點是實驗過程存在有安全隱患,一是電壓超出安全電壓,二是保險絲燒斷時容易發生“飛濺”傷到學生．

筆者通過多次實驗,對用蓄電池短路燒斷細銅線的實驗做了如下改進.

實驗器材:新干電池2節,電壓為12 V的蓄電池1個,額定電壓為12 V的燈泡一盞,開關1個,細銅線約20 cm(用規格為4 mm2的7芯銅絞線,取其中一股),棉花適量．

實驗步驟:

(1) 將細銅線的一半纏繞適量棉花并繞制螺旋狀,另一半保持直條狀,做成自制銅線,如圖1．

(2) 將燈泡、干電池、自制銅導線和開關組成電路,閉合開關,觀察燈絲發光情況(燈絲微紅)和自制銅線發生的現象(無任何現象發生)．

(3) 將燈泡、蓄電池、自制銅導線和開關組成電路,閉合開關,觀察燈絲發光情況(燈泡正常發光)和自制銅線發生的現象(無任何現象發生)．

(4) 將燈泡短接,閉合開關,觀察燈絲的發光情況(燈絲不發光)和自制銅線發生的現象(先是直銅線發熱至紅熾狀態保持約3s,如圖2;然后棉花燃燒起來,如圖3;至細銅線被燒斷,如圖4),斷開開關．

圖1

圖2

圖3

圖4

實驗的創新點:

(1) 選擇了新干電池和蓄電池等不同的電源接入電路,觀察燈泡的發光情況和自制銅線的發熱現象,從燈泡的發光情況和自制銅線的發熱現象可以間接感知到電流是有大小的.本實驗中燈泡正常發光時電路中的電流比燈絲微紅時的電流大,燈泡短接時電路中的電流比正常發光時的電流大．

(2) 通過選擇粗細合適的銅線,延緩了短路時燃燒起火的時間,細銅線可以保持約3s的紅熾狀態,使學生們看清了銅線發熱而至紅熾狀態的過程,然后引燃了棉花．實驗也同時為后面“電熱”的學習作好了情景上的鋪墊．

參考文獻：

1 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京:北京師范大學出版社，2012.

2 彭前程.義務教育教科書九年級物理[M].北京:人民教育出版社，2013.

3 廖伯琴.義務教育教科書九年級物理[M].上海:上海科學技術出版社，2013.