電池短路實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案五則

申屠蘭芳

摘? 要：短路實(shí)驗(yàn)采用低壓電源，安全性高，既能提高學(xué)生興趣，又不會(huì)加劇學(xué)生對(duì)電的恐懼;實(shí)驗(yàn)中短路前后現(xiàn)象差異顯著，短路時(shí)溫度升高、發(fā)光、熔斷、產(chǎn)生火花、引燃火柴等現(xiàn)象明顯，充分說(shuō)明短路時(shí)電流急劇增大導(dǎo)線發(fā)熱甚至發(fā)生火災(zāi)，學(xué)生印象深刻;實(shí)驗(yàn)取材方便，操作簡(jiǎn)單，利于推廣。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);短路;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G633.7? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1992-7711（2020）36-211-01

一、實(shí)驗(yàn)原型及其不足之處

（1）實(shí)驗(yàn)原型：在浙教版科學(xué)八年級(jí)上冊(cè)第四章第一節(jié)《電路圖》中有“電池短路”這一學(xué)生探究活動(dòng)，該實(shí)驗(yàn)原型為：“如圖，用導(dǎo)線將一節(jié)干電池的正負(fù)極連接起來(lái)，用手摸一下導(dǎo)線，導(dǎo)線是否發(fā)熱？”該探究活動(dòng)的意圖是讓學(xué)生通過(guò)親身實(shí)踐來(lái)認(rèn)識(shí)短路現(xiàn)象和體驗(yàn)短路的危害，從而得出必須防止電源短路。

（2）不足之處：

①現(xiàn)象不明顯，疑惑重重。該實(shí)驗(yàn)由于干電池的內(nèi)阻較大而導(dǎo)線的電阻很小，再加上導(dǎo)線散熱又快，故導(dǎo)線發(fā)熱現(xiàn)象不明顯，學(xué)生可能會(huì)懷疑導(dǎo)線是被手焐熱的，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)“電源短路時(shí)由于電路中的電流過(guò)大損壞電源，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起火災(zāi)”的感性認(rèn)知不深，對(duì)短路危害認(rèn)識(shí)不夠，甚至?xí)?duì)此產(chǎn)生懷疑。

②不能作演示，浪費(fèi)較大。此實(shí)驗(yàn)是利用人體熱覺(jué)來(lái)感知短路時(shí)導(dǎo)線發(fā)熱，不是從視覺(jué)上來(lái)體驗(yàn)，故只能作為學(xué)生活動(dòng)，不能作為演示實(shí)驗(yàn)。學(xué)生天生好動(dòng)，學(xué)生在活動(dòng)中長(zhǎng)時(shí)間短路或多次實(shí)驗(yàn)，會(huì)導(dǎo)致使用過(guò)的干電池在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)中不能正常使用，造成較大的浪費(fèi)。

二、短路實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

電池短路實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的目的是有效地解決原實(shí)驗(yàn)中的不足之處，提供一種安全性高、操作方便、現(xiàn)象明顯、成功率高的演示實(shí)驗(yàn)。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)原理如圖甲所示。為了確保實(shí)驗(yàn)安全，電源電壓不宜過(guò)高，實(shí)驗(yàn)中采用一節(jié)9伏或兩節(jié)1.5伏的干電池作為低壓電源。A、B兩點(diǎn)之間接上保險(xiǎn)絲、鋁絲線、細(xì)鐵絲等（如圖①、圖②、圖③，具體見(jiàn)方案1-方案5）。為了便于進(jìn)行短路時(shí)與不短路時(shí)的對(duì)照，突出短路的危險(xiǎn)性，在電路中串聯(lián)上一只燈泡L與開(kāi)關(guān)S2，燈泡L只要與電源電壓相匹配即可，實(shí)驗(yàn)中采用額定電壓為幾伏的礦燈燈泡、摩托車燈泡、汽車燈泡或?qū)嶒?yàn)室中的小燈泡等均可。

【方案1】用兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)后作為電源，在A、B兩點(diǎn)之間接上一段1A的保險(xiǎn)絲，并將保險(xiǎn)絲繞在溫度計(jì)的玻璃泡上，如圖①所示。當(dāng)閉合S1，斷開(kāi)S2時(shí)，A、B兩點(diǎn)之間的保險(xiǎn)絲與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，溫度計(jì)示數(shù)升高不明顯，10秒鐘內(nèi)溫度上升2oC左右（如下左圖）;當(dāng)同時(shí)閉合S1、S2時(shí)，電源與燈L同時(shí)被短路，燈L不發(fā)光，溫度計(jì)示數(shù)明顯升高，10秒鐘內(nèi)溫度上升30oC左右（如下右圖）。

【方案2】用一節(jié)9伏的干電池作為電源（下圖中的9伏電池盒帶有開(kāi)關(guān)），在A、B兩點(diǎn)之間接上一段長(zhǎng)5厘米左右的1A保險(xiǎn)絲，如圖②所示。當(dāng)閉合S1，斷開(kāi)S2時(shí)，保險(xiǎn)絲與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，保險(xiǎn)絲無(wú)明顯現(xiàn)象（如上左圖）;當(dāng)同時(shí)閉合S1、S2時(shí)，電源與燈L同時(shí)被短路，燈L不發(fā)光，保險(xiǎn)絲很快變軟并熔斷（如上右圖）。

【方案3】用一節(jié)9伏的干電池作為電源，在A、B兩點(diǎn)各接上一段鋁芯導(dǎo)線，如圖③所示。當(dāng)閉合S1，斷開(kāi)S2，兩鋁芯導(dǎo)線相碰時(shí)無(wú)火花，燈L發(fā)光（如下左圖）;當(dāng)同時(shí)閉合S1、S2，兩鋁芯導(dǎo)線相碰時(shí)有劇烈的火花（如下中圖），并能將火柴引燃（如下右圖），燈L不發(fā)光。此實(shí)驗(yàn)中電源只需兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)就能產(chǎn)生火花，并將火柴引燃。

【方案4】用兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)后作為電源，在A、B兩點(diǎn)之間接上一段長(zhǎng)2厘米左右的鋁絲線（剝?nèi)ヤX芯導(dǎo)線外的絕緣層，再取其中的一根即可。鋁芯導(dǎo)線在一些小電器或電動(dòng)玩具中都可以找到。），如圖②所示。當(dāng)閉合S1，斷開(kāi)S2時(shí)，鋁絲線與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，鋁絲線無(wú)明顯現(xiàn)象（如下左圖）;當(dāng)同時(shí)閉合S1、S2時(shí)，電源與燈L同時(shí)被短路，燈L不發(fā)光，鋁絲線發(fā)紅變亮并很快熔斷（如下右圖）。

【方案5】用兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)后作為電源，在A、B兩點(diǎn)之間接上一段長(zhǎng)2厘米左右的細(xì)鐵絲（從鐵質(zhì)窗紗上取下一段即可），如圖②所示。當(dāng)閉合S1，斷開(kāi)S2時(shí)，細(xì)鐵絲與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，細(xì)鐵絲無(wú)明顯現(xiàn)象（如下左圖）;當(dāng)同時(shí)閉合S1、S2時(shí)，電源與燈L同時(shí)被短路，燈L不發(fā)光，細(xì)鐵絲發(fā)紅，當(dāng)把火柴頭接觸細(xì)鐵絲時(shí)，火柴馬上被引燃（如下右圖）。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

①取材方便，操作簡(jiǎn)單。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中用到的溫度計(jì)、保險(xiǎn)絲、鋁芯導(dǎo)線、細(xì)鐵絲、小燈泡、干電池等在生活中都很容易得到，取材方便。實(shí)驗(yàn)原理清晰，操作簡(jiǎn)單，利于推廣。

②現(xiàn)象明顯，消除疑惑。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中短路前后現(xiàn)象差異顯著，短路時(shí)溫度升高、發(fā)光、熔斷、產(chǎn)生火花、引燃火柴等現(xiàn)象明顯，充分說(shuō)明短路時(shí)電流急劇增大會(huì)損壞電源甚至發(fā)生火災(zāi)，這樣就自然而然地消除了學(xué)生心中的重重疑惑。

③安全可靠，成功率大。實(shí)驗(yàn)中采用9伏或1.5伏的干電池作為電源，電壓低，安全性高。實(shí)驗(yàn)中熔斷或產(chǎn)生火花時(shí)一般沒(méi)有熔化物掉落，即使有熔化物，熔化物也很少，在落地前溫度已降到足夠低，不會(huì)發(fā)生其他危險(xiǎn)。這樣安全的實(shí)驗(yàn)既能提高學(xué)生興趣，又不會(huì)加劇學(xué)生對(duì)電的恐懼，因此誰(shuí)都敢去做，而且成功率大，誰(shuí)都愿意去做。

④可作演示，節(jié)約環(huán)保。實(shí)驗(yàn)是從視覺(jué)上來(lái)體驗(yàn)短路的危害，故可作為演示實(shí)驗(yàn)，避免學(xué)生活動(dòng)造成的浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)可反復(fù)進(jìn)行，成本低，達(dá)到節(jié)約的目的。

（作者單位：浙江省東陽(yáng)市歌山鎮(zhèn)第一初級(jí)中學(xué)，浙江? ?東陽(yáng)? ?322100）