短路实验的改进

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浙教版《科学》八上第四章第一节《电路图》有一个学生探究活动：“如图，用导线将一节干电池正、负极连接起来，用手触摸导线，导线是否发热？”教材的意图是让学生通过亲身实践来认识短路现象和体验短路的危害，从而得出“如果不经用电器而直接用导线把电源两极连接起来，叫做电源短路，电源短路时由于电路中的电流过大损坏电源，严重时会造成火灾，因此必须防止电源短路。”（教材用语）可能是编者认为该实验很简单而没有做过试验，想当然地认为该实验取材简单，效果明显，学生很容易完成。但事实并非如此，若按教材设计的方案进行活动，根本不能达到预期的效果。

一、原实验中学生活动存在的主要问题

1.由于干电池的内阻比较大，导线电阻很小且直导线散热比较快，所以电流通过导线产生的热量根本不可能使导线温度升高到能让人感知的程度。

2.短路实验使用过的干电池并没有因此而明显损坏，在本课接下来的实验中仍能正常使用。这样不仅不能帮助学生正确认短短路的危害，而且容易使学生产生“短路就是没有用电器的电路”的错误认识。

基于上述问题，为增强学生对短路现象和短路危害的感性认识，实验是必需的，但不宜采用学生活动，应改用演示实验更为妥当。

二、实验改进的思路

由于短路使电源或电路受损，或引起火灾，主要是因为短路时的大电流产生大量的热而引起。一节干电池可提供的电能是很有限的，这就是原学生活动不能实现预期效果的主要原因之一。若改用家庭电路做实验，就能够较好地解决这一问题。

1.在图1所示的电路中，若R0选用“220V，800w”的电热丝，L选用“220V，40W”的普通白炽灯，R0在常温下电阻只有4欧姆左右，而电灯发光电阻却到达1210欧姆左右。当S断开时R0与RL串联，由于RL>20R0，此时的电灯几乎正常发光，而电热丝的发热功率却几乎为零，只是相当于一段可用来显示实验现象的“特殊导体”。当S闭合时，灯L被短路，电热丝正常工作，迅速发热而变红。如果在电热丝外再包上一层普通纸张（餐巾纸），则纸张很快被点燃。这样不仅便于学生观察，而且印象深刻。所以用图1所示的电路来进行模拟家庭电路的电源短路，应该可以达到比较理想的效果。

2.短路的另一种情况是部分电路（用电器）短路。部分电路短路也可能使与短路部分串联的用电器因电流过大而损坏，甚至引起火灾，是一种应该避免的不正常现象。但是这种电路有时候也可以被利用，这一知识点在教材中虽然没有明确的要求，但在后续的电学知识学习中运用频率却非常高。因此，在学生了解了串联电路连接特点后，补充“部分电路短路”是十分必要的。在图1的基础上，再串联一个与L1同型号的白炽灯L2就成了图2所示的电路。当S断开时，L1、L2两端电压只有110V左右，白炽灯能发光但非常暗；当合上开关S后，L1因短路而熄灭，此时L2明显变亮。上述过程中R0的发热功率始终很小，不会发生明显的能用眼睛观察到的现象。

三、实验示教板的制作及演示

鉴于以上思考，结合演示实验“可见度高、收看率高、成功率高”的“三高”要求，笔者设计了如图3所示的示教板电路。R0是包裹着餐巾纸纸的“220V，800w”的电热丝，L1、L2选用“220V，40W”的白炽灯，1、2、3是三个接线柱，开关S采用普通的闸刀开关，由插头直接插入教室内的电路（插座上有开关以方便使用）作为电源。将图3的电路安装到60crn×80cm的防火板上，一块如图4所示的短路实验示板就完成了。

【演示实验一】电源短路：1、出示示教板，连接l和3，分析电路的结构，同时向学生说明“特殊导体”的作用。2、接通电源使灯L1发光，分析电路的状态。3、闭合开关S模拟电灯“碰线”，观察到灯立即熄灭，电热丝外面的餐巾纸被点燃。4、断开电源（动作可夸张一点），分析概括出电源短路概念和电源短路的危害。

【演示实验二】局部电路短路：1、连接接线柱1和2．引导学生分析电路的结构。2、接通电源，观察到L1、L2均发光，但发光较暗。3、闭合开关S摸拟电灯L1“碰线”，观察到灯L1立即熄灭，同时L2明显变亮。4、断开电源，引导分析实验中的电路状态，得出局部电路短路概念，推理局部电路短路可能出现的后果。

四、本实验示教板的优缺点

本实验示教板的优点：取材方便，制作简单；现象明显，学生印象深刻；成功率高，说服力强。

不足的是：1、由于直接用家庭电路做实验，应该注意操作者自身的安全，同时告诉学生短路是非常危险的电路故障，切不可简单模仿；2、由于餐巾纸燃烧产生火焰，要远离学生和易燃物，当餐巾纸燃烧后要立即断开电源；3、连接1、3并闭合开关S时，由于“特殊”导体R0的存在，电路并不是真正意义上的短路，有必要加以说明。

（作者单位：浙江省金华市青春中学）