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      電池短路實驗改進方案五則

      2020-03-12 22:16:07申屠蘭芳
      中學課程輔導·教育科研 2020年36期
      關鍵詞:實驗改進初中科學短路

      申屠蘭芳

      摘? 要:短路實驗采用低壓電源,安全性高,既能提高學生興趣,又不會加劇學生對電的恐懼;實驗中短路前后現(xiàn)象差異顯著,短路時溫度升高、發(fā)光、熔斷、產(chǎn)生火花、引燃火柴等現(xiàn)象明顯,充分說明短路時電流急劇增大導線發(fā)熱甚至發(fā)生火災,學生印象深刻;實驗取材方便,操作簡單,利于推廣。

      關鍵詞:初中科學;短路;實驗改進

      中圖分類號:G633.7? ? 文獻標識碼:A? ? 文章編號:1992-7711(2020)36-211-01

      一、實驗原型及其不足之處

      (1)實驗原型:在浙教版科學八年級上冊第四章第一節(jié)《電路圖》中有“電池短路”這一學生探究活動,該實驗原型為:“如圖,用導線將一節(jié)干電池的正負極連接起來,用手摸一下導線,導線是否發(fā)熱?”該探究活動的意圖是讓學生通過親身實踐來認識短路現(xiàn)象和體驗短路的危害,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。該實驗由于干電池的內阻較大而導線的電阻很小,再加上導線散熱又快,故導線發(fā)熱現(xiàn)象不明顯,學生可能會懷疑導線是被手焐熱的,導致學生對“電源短路時由于電路中的電流過大損壞電源,嚴重時會引起火災”的感性認知不深,對短路危害認識不夠,甚至會對此產(chǎn)生懷疑。

      ②不能作演示,浪費較大。此實驗是利用人體熱覺來感知短路時導線發(fā)熱,不是從視覺上來體驗,故只能作為學生活動,不能作為演示實驗。學生天生好動,學生在活動中長時間短路或多次實驗,會導致使用過的干電池在接下來的實驗中不能正常使用,造成較大的浪費。

      二、短路實驗的改進

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

      改進后的實驗原理如圖甲所示。為了確保實驗安全,電源電壓不宜過高,實驗中采用一節(jié)9伏或兩節(jié)1.5伏的干電池作為低壓電源。A、B兩點之間接上保險絲、鋁絲線、細鐵絲等(如圖①、圖②、圖③,具體見方案1-方案5)。為了便于進行短路時與不短路時的對照,突出短路的危險性,在電路中串聯(lián)上一只燈泡L與開關S2,燈泡L只要與電源電壓相匹配即可,實驗中采用額定電壓為幾伏的礦燈燈泡、摩托車燈泡、汽車燈泡或實驗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兩點之間接上一段1A的保險絲,并將保險絲繞在溫度計的玻璃泡上,如圖①所示。當閉合S1,斷開S2時,A、B兩點之間的保險絲與燈L串聯(lián),燈L發(fā)光,溫度計示數(shù)升高不明顯,10秒鐘內溫度上升2oC左右(如下左圖);當同時閉合S1、S2時,電源與燈L同時被短路,燈L不發(fā)光,溫度計示數(shù)明顯升高,10秒鐘內溫度上升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伏電池盒帶有開關),在A、B兩點之間接上一段長5厘米左右的1A保險絲,如圖②所示。當閉合S1,斷開S2時,保險絲與燈L串聯(lián),燈L發(fā)光,保險絲無明顯現(xiàn)象(如上左圖);當同時閉合S1、S2時,電源與燈L同時被短路,燈L不發(fā)光,保險絲很快變軟并熔斷(如上右圖)。

      【方案3】用一節(jié)9伏的干電池作為電源,在A、B兩點各接上一段鋁芯導線,如圖③所示。當閉合S1,斷開S2,兩鋁芯導線相碰時無火花,燈L發(fā)光(如下左圖);當同時閉合S1、S2,兩鋁芯導線相碰時有劇烈的火花(如下中圖),并能將火柴引燃(如下右圖),燈L不發(fā)光。此實驗中電源只需兩節(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兩點之間接上一段長2厘米左右的鋁絲線(剝去鋁芯導線外的絕緣層,再取其中的一根即可。鋁芯導線在一些小電器或電動玩具中都可以找到。),如圖②所示。當閉合S1,斷開S2時,鋁絲線與燈L串聯(lián),燈L發(fā)光,鋁絲線無明顯現(xiàn)象(如下左圖);當同時閉合S1、S2時,電源與燈L同時被短路,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兩點之間接上一段長2厘米左右的細鐵絲(從鐵質窗紗上取下一段即可),如圖②所示。當閉合S1,斷開S2時,細鐵絲與燈L串聯(lián),燈L發(fā)光,細鐵絲無明顯現(xiàn)象(如下左圖);當同時閉合S1、S2時,電源與燈L同時被短路,燈L不發(fā)光,細鐵絲發(fā)紅,當把火柴頭接觸細鐵絲時,火柴馬上被引燃(如下右圖)。

      三、改進實驗的優(yōu)點

      ①取材方便,操作簡單。改進實驗中用到的溫度計、保險絲、鋁芯導線、細鐵絲、小燈泡、干電池等在生活中都很容易得到,取材方便。實驗原理清晰,操作簡單,利于推廣。

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

      ③安全可靠,成功率大。實驗中采用9伏或1.5伏的干電池作為電源,電壓低,安全性高。實驗中熔斷或產(chǎn)生火花時一般沒有熔化物掉落,即使有熔化物,熔化物也很少,在落地前溫度已降到足夠低,不會發(fā)生其他危險。這樣安全的實驗既能提高學生興趣,又不會加劇學生對電的恐懼,因此誰都敢去做,而且成功率大,誰都愿意去做。

      ④可作演示,節(jié)約環(huán)保。實驗是從視覺上來體驗短路的危害,故可作為演示實驗,避免學生活動造成的浪費。實驗可反復進行,成本低,達到節(jié)約的目的。

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

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