低成本模擬人體觸電實驗儀研發及應用

彭妙 謝桂英 余耿華

摘 要：文章作者在教學實踐中發現，沒有實驗的輔助，學生在安全用電這一節課的學習過程中容易停留在“看熱鬧”的層面，導致學生對人體觸電本質的理解不夠深入和透徹。自制低成本模擬人體觸電演示儀，并應用于教學，可以取得好的教學效果。

關鍵詞：低成本;模擬人體觸電;研發應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-624X（2020）23-0010-02

一、教材實驗分析

大多數物理教師使用人教版課本對學生進行安全用電教學時完全采用的是看圖進行理論分析的方式，還有一些教師依賴播放視頻這種教學方式授課，沒有相應的配套實驗儀器輔助教學。而物理新授課的課堂離開了實驗，學生的學習效果就會大打折扣。而且筆者在教學實踐中發現，如果沒有實驗的輔助，學生在安全用電這一節課的學習過程中就容易停留在“看熱鬧”的層面，導致學生學習效果不佳。

二、模擬人體觸電演示儀的研發與制作

1.材料

9V充電干電池、家用紅色4平方毫米銅芯線、薄鐵皮1塊、鱷魚夾3個、鐵絲1根、木板1塊、J1206-1型電子開關式感應圈、多用電表、毛巾1條、12VLED燈1個、布玩偶2個、塑料塊1個。

2.制作流程

用9V的電池模擬發電站，電池的正極接模擬高壓線→接模擬變壓器→接模擬火線，電池的負極接模擬大地（鐵皮），零線模擬戶外接地，如圖1 。在一個玩偶身體上連接一個額定電壓12V的LED燈、正極用導線接右手、負極接左手和雙腳，其中左右手分別焊接一個鱷魚夾，如圖2。

3.模擬人體觸電演示儀的操作流程

把玩偶的一只手夾在紅色導線上，玩偶站在地面（鐵皮）上，此時LED燈亮（表示單線觸電）。

把玩偶的一只手夾在紅色導線上，玩偶站在絕緣凳（塑料塊）上，此時LED燈不亮（表示人體安全）。

把玩偶的一只手夾在紅色導線上，玩偶站在絕緣凳（塑料塊）上，另一只手夾在綠色導線上，此時LED燈亮（表示雙線觸電）。

把裸露的銅線搭在紅色導線和濕潤的棉布上，演示高壓線墜落在地面，然后用多用電表測量落點與其他表示地面的點之間存在的電壓（表示跨步電壓觸電），如圖3、圖4。

斷開與鐵皮相連接的導線，取出9V干電池，將J1206-1型電子開關式感應圈（如圖5）電極兩端分別接到紅色線和鐵皮上，把插有鐵絲的玩偶放在鐵皮上，給感應圈通電，觀察到玩偶與紅色導線之間有火花，同時聽到啪啪聲（表示高壓電弧觸電）如圖6。

4.模擬人體觸電演示儀的優點

該儀器的材料獲取方便，制作方法簡單，攜帶也方便，又可以將授課方式由看圖分析轉化為實物模擬演示，激發了學生極大的學習興趣，實驗效果明顯，現象分析與結論的結合度得到加深，大大提高了教學的效率。

三、模擬人體觸電演示儀使用的教學應用片段

1.導入情景

師：當人體（玩偶）不小心觸碰到了火線，就會發生觸電。由于觸電是不可能直接演示的，因此今天我們只能借助一套自制的儀器來模擬觸電現象了。

2.介紹器材

師：我用9V的電池模擬發電站、電池的正極接模擬高壓線→接模擬變壓器→接模擬火線，電池的負極接模擬大地（鐵皮）、零線模擬戶外接地。將這個玩偶身體上連接一個額定電壓12V的LED燈、正極用導線接右手、負極接左手和雙腳，其中左右手分別焊接一個鱷魚夾。

3.師生互動

師：當人體（玩偶）不小心觸碰到了火線，就會發生觸電（演示如圖7，此時LED燈亮），誰來描述一下電流流過人體的路徑？

生：電流從電源的一端出發，經過高壓線，經過變壓器，經過火線，然后通過人體流到大地，再經過大地回到電源。

師：當人體（玩偶）不小心觸碰到了火線，就一定會觸電嗎？誰來幫我演示人體接觸到了火線卻沒有發生觸電的情況？

生：不一定。（學生經過不斷嘗試，在玩偶的下方放置一塊塑料塊后，LED燈熄滅）。

師：如果此時人體的另一只手不小心觸碰到了零線，人體會觸電嗎？如果觸電，誰來描述一下電流流過人體的路徑？

生：會觸電，電流會流經人體左右手（學生在教具中指出電流的路徑），如圖8。

師：某些情況下，高壓線墜落在用濕棉布模擬的地面上，人從旁邊走過時會觸電嗎？如果觸電，誰來描述一下電流流過人體的路徑？

生：會觸電。電流從一只腳的一端流經胯部再流到另一只腳回到大地，可能發生觸電。

師：從以上的觸電原因，我們分析可以知道，觸電都是由于人體直接或間接接觸了帶電體引起的。那么人體只要不接觸帶電體就是安全的，對嗎？有沒有什么生活經驗支持你的觀點？

生：錯。比如閃電。

師：對了，接下來我們來演示，看看“人體”不接觸帶電體，是怎么發生觸電的呢？

教師演示高壓電弧觸電原理，如圖9。

4.實驗小結

師：通過以上的分析，人體都是由于什么原因觸電的呢？

生：由于人體直接或間接與帶電體接觸，有較大的電流流過了人體而觸電。

5.實驗評價

在實驗儀器的輔助下進行教學，課堂上，學生會更愿意投入到對實驗儀器的關注和學習的過程中，使得理論可以較好地結合實際，學生學習的興趣明顯提高，學習效率也明顯提高。學生對人體觸電本質的理解也更加深入和透徹。借助創新實驗器材的教學，在培養學生科學知識、科學方法、科學精神與態度、科學應用四個方面，為學生今后的生活和工作做了準備，使學生養成終身發展所需的品格與關鍵能力，為形成學生的物理學科核心素養打下了堅實的基礎。

6.教學反思

實驗儀器的創新使用，為不可體驗的實驗提供了模擬教具，為實現安全用電教學提供了有效的課堂保障。模擬人體觸電演示儀在課堂教學的過程中幫助學生重新認識了“觸電”的含義;逐步構建了安全用電知識網絡;更加深刻認識和鞏固了電流流向法的應用;促進了師生情感互動和交流。學生經歷了科學精神和科學態度的內化過程，實現了培養核心素養的目標。該教學策略為學生的終身發展和持續發展奠定了基礎，促進了教師的專業成長。

[參考文獻]

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[3]劉 宇.安全用電實驗演示裝置探究[J].當代教育理論與實踐，2015（9）：24-26.

課題項目：廣州市第三批市教育系統創新學術團隊“中學物理演示實驗改進創新及其在教學中的應用研究”（1201630019）。

作者簡介：彭 妙（1983— ），男，湖南岳陽人，中學二級教師，本科，研究方向：初中物理教學;

余耿華（1976— ），男，廣東興寧人，中學高級教師，碩士，研究方向：實驗教學、迷思概念、實驗改進創新。

通信作者：謝桂英（1976— ），女，廣東廣州人，中學物理高級教師，研究方向：初中物理實驗教學。