电学中的短路现象及其教学

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  现行的义务教育课程标准实验教科书(人教版)物理八年级第七章中有电学中短路现象的内容,这是平常教学测试和中考的热点知识。初学物理的人对这方面的问题往往感到不易理解且多有疑惑,现结合实践谈些教学体会。
  对于“短路”的概念,2007年版的教材上是这样描述的:在电路中,如果电流不流经用电器,而是电源两极直接相连。我们就说电源短路。而2005年版的教材上却描述为:由于某种原因,电路中不应该相连的两点直接连接在一起的现象,叫做短路。对于学生而言,前后两种说法的领会和理解各有不同:前者单从“电源短路”上去讲似乎较为简单明了易于领会,比后者降低了难度。其实,它有局限性:对于交流电源,其两极不好说明,此外,电路中用电器的短路据此也不好说明。而后者只要能让学生很好地理解什么是“电路中不应该相连的两点”就可以了,这里的“两点”包括以下三种情况:一是生活用电中的零线与火线;二是各种电源的正负两极;三是处于工作状态中的所有用电器电路两端。生活用电中零、火线短路,在极短的时间内会产生巨大的电流,轻则把电路中的保险丝烧断,重则烧毁导线引发火灾事故。若是各种低电压电源两极间直接搭接短路,会即刻中断电源对整个电路的电流供给,时间稍长电源会因发热而损坏。对于用电器电路两端的跨接短路,除使该用电器无电流而停止工作外,会引起电路中其他用电器的电压和电流发生相应的变化,严重者将使其他用电器也无法正常工作,甚至被损坏。
  教学中适当选用例题,可帮助学生更好地理解短路。
  例1:如图所示,电源电压恒为6v,L1与L2为额定电压均为3v的相同的小灯泡。当只闭合s1时和s1、s2均闭合时两灯的发光情况如何?
  解析:当只闭合s1时,相同的L1与L2串联,把电源电压平分各得实际电压3v,故此时两灯均正常发光。当s1、s1均闭合时,L2灯被短路无电流不发光,此时电源电压全加在L1灯上,远远超过灯的额定电压,则L1灯将会被烧坏。
  在短路现象的教学中,学生往往不能全面地理解短路现象,有的认为只有电源的两极才会发生短路,有的认为既然发生短路会产生极大的电流,则用电器必然会被烧毁,学生特别对电流有“走捷径”的特性深感费解。针对这些问题,分别采用实验和“借喻法”能收到较好的教学效果。
  例2:如图所示电路,当s1、s2开关均闭合时能发光的灯是——联;当s1、s2均断开时,能发光的灯是——联。(选“串”或“并”)
  此题学生在分析时存在如下误区:电流从电源正极流出经A点到达B点和E点可以有两条路:一是经L1灯到达E点,二是经开关s1到达B点,此时三灯均亮且是串联。这就是由于对电流有“走捷径”的特性不理解造成的。在给学生解析时,可借用比喻的方法,如一个人从某地走到另一地,有两条路可到达目标,其中一条路路况极差,很难走,而另一条路则宽敞平坦方便通行,则人会选择后者到达目标。电流也一样,会尽量从电阻小的路径通过。学生理解了这个道理,就容易分析问题得出正确答案(本题一、二空分别是“并”、“串”)。至于学生对短路是否只会发生在电源两极间,及用电器短路时是否会被损坏感到疑惑的问题,除了仍可沿用上述的“电流走捷径”的讲法讲清被短路的用电器一般不会有电流经过而不会被损坏外,还可采用实验的方法,使他们消除疑惑。
  
  责编 王学军
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