以實驗為載體的“家庭電路復習”①

(江蘇省常州市新北區龍虎塘中學,江蘇 常州 213031)

1 引言

物理學是一門以實驗為基礎的科學,科學探究是學生學習科學的重要途徑。在新授課的教學中,重視探究教學已成為物理教師的共識。但是,對復習課中的實驗教學,教師首先從認識上就重視不足,導致復習課成了習題課。本文以“家庭電路復習”為例,介紹以實驗為主線的鞏固知識、提升能力的教學實踐。

復習時引進一些實驗,能迅速喚起學生對塵封的、碎片的知識回憶,達到克服遺忘、鞏固記憶的效果。在復習課中引入實驗,學生通過獨立操作和觀察、分析,能進一步加強動手操作能力,領悟到知識、現象間的相互聯系。但是,所選的實驗不應是新課實驗的重復,而是要選取有利于學生理清知識的內在聯系、區分易混淆的物理概念和規律、提升其思維能力的實驗。這就要求教師要從實驗的設計、實驗器材或者自制教具的挑選、蘊含知識點和方法的問題設置等方面下功夫,這樣的復習才能促進學生多種能力的增強和非智力因素的發展。

2 實驗問題描述

2.1 問題1

如圖1所示，家庭電路中元件主要有哪些?應怎樣有序連接?為什么采用這樣的安裝順序?能否隨意調整?各用電器的連接為什么采用并聯?

說明：在學生回答問題的基礎上,引導學生觀察“自制家庭電路板”,見物說理,直觀生動。

圖1 家庭電路

2.2 問題2

如圖2、3所示，“220V 25W”的白熾燈與“220V 40W”的白熾燈發光時相比,哪盞燈亮?

圖2 燈泡并聯

圖3 燈泡串聯

說明：通過學生辯論,明確比較燈的亮暗實際上是比較實際功率。在學生理論分析的基礎上,演示兩燈在串聯和并聯情況下的亮度變化,實驗現象對比度很明顯,理論和實踐相結合,學生印象深刻。在新課教學時,學生雖然也比較過兩燈泡串聯時和并聯時的亮度,但用的是“1.5V 0.3A”“2.5V 0.3A”的燈泡,燈光本來就暗,對比度不明顯。

2.3 問題3

有人認為：在相同時間內，“220V 25W”的燈與“220V 40W”的燈串聯發光時,會比其中一盞燈單獨發光消耗更多的電能,你認可這種觀點嗎?

說明：學生對電功率有了理論和實踐的認識,再結合通電時間,很容易想清消耗電能(電功)的問題與電功率的區別和聯系。問題3是在問題2基礎上的鞏固和深化。

2.4 問題4

你注意到了嗎?房門口的開關和床頭開關都能控制房間頂燈，這是怎么做到的?原來,房門口的開關和床頭開關都是如圖4所示的單刀雙擲開關。試畫出電路設計圖,并用電池作為電源制作一個電路模型,看看能否滿足要求。

圖4 雙控開關電路

說明:對于雙控開關的應用學生是有生活體驗的,但是在上新課時,由于初學電路知識,學生很難理解用兩個單刀雙擲開關組合起來所起到電路的控制作用。復習時,通過學生設計雙控開關實驗電路、分組制作電路模型,能提高學生分析問題和解決問題的能力,增強學生動手操作能力。

2.5 問題5

家庭照明既可以使用白熾燈,也可以使用普通節能燈或LED節能燈。小強同學從相關資料中了解到60W白熾燈、12W普通節能燈與5W LED節能燈的照明效果相當,并收集到這幾種照明用燈具的有關數據如表1。

表1

通過計算回答：

(1) 在一只白熾燈的使用壽命內,使用5W的LED節能燈比使用60W的白熾燈可以節約多少電能?使用哪種燈更合算?

(2) 在一只LED節能燈的使用壽命內,與使用60W的白熾燈相比,哪種燈更合算(電價按0.5元/kW·h計算)?

(3) 我國從2012年10月1日起逐步淘汰白熾燈,首先禁止銷售60W以上白熾燈。請你通過相關數據的比較,說明我國為什么要逐步淘汰白熾燈?

說明:這道題是由2014年山東濟南中考試題改編而成。教師將自帶的13W普通節能燈與4W LED節能燈接入家庭電路,讓學生感知亮度,并引入本題。教師通過點撥提示，要求學生計算使用成本,實際上就是計算電費和燈的售價之和。學生獨立完成第(1)小題后,展示學生的典型答案,通過生生互動、師生互動，解決學生中存在的問題。第(2)問則是換個角度強化理解,學生基本能夠勝任。第(3)問在學生回答問題的基礎上,教師引導學生從個人、家庭、國家、社會角度等方面歸納:可以節能、省錢、節約能源、減小大氣污染、保護環境等。

知識學習的最終目的是為了指導實踐、應用在實際生活中，通過本題復習知識的同時,拓寬了學生的知識面,拉近了物理學和學生生活的距離,使學生感受到了科學與社會、生活的聯系。

2.6 問題6

該自制家庭電路板中能否接入電熱水壺?你還需要知道哪些信息?

說明:設計本題的目的是讓學生學會分析、解決問題。通過分析,學生需要從電能表表盤信息獲得額定電壓和額定電流，計算出接入的用電器的最大總功率為2200W，從電熱水壺的銘牌知道其額定功率為1500W，家庭電路板上已經裝的燈泡額定總功率為165W,最后通過計算，確認能否接入電熱水壺。

2.7 問題7

自制家庭電路板中的插座的安裝是不是符合安全原則？你有什么辦法檢驗?試試看！

說明:設計本題的目的,通過學生的演示實驗,一方面復習測電筆的使用方法和原理,另一方面復習插座的接線規則。

2.8 問題8

如圖5是新安裝好的簡化版家庭電路,使用前,電工師傅常用一只標有“220V 40W”的燈泡L0(校驗燈)取代保險絲,閉合總開關,再逐個閉合各用電器的開關,來檢查每個支路的情況。請你也來試一試,看看L1、L2、L3所在的支路是通路、斷路，還是短路?

圖5 家庭電路故障檢測

說明:本題試圖讓學生學會用校驗燈來檢測電路故障。另外,等檢測出L1支路正常后,還要追問,這條支路安裝上有什么不合理之處,帶來的后果是什么?目的是要比較開關接在火線上、零線上的區別和聯系。

3 結語

在本節課中，學生需要掌握的知識,以問題串的形式提出。實驗為問題解決提供感性材料,引導學生思考。

教師設置的問題串不是填空式、選擇式的題目,而都是應用性的、實踐性的但又是融合知識點和方法的具體可操作的問題。依托問題串加實驗,很好地實現了“家庭電路的組成相關知識和常識”的一站式復習,調動了學生學習的積極性、主動性,發展了學生的思維能力,提高了復習課教學效率。但同時也要看到,這種復習課必須有豐富的實驗資源才能實現,這需要老師的敬業和智慧、學校從人力和物力上的支持、整個教研組同事的協作。