小议物理中的“短路”现象

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  摘要:短路是现实生活中经常遇到的电路故障,也是义务教育阶段物理教学的重要内容,教材中多次直接地讲述了短路的知识。在“让电灯发光”一节中,教材以“电源两极不经过用电器直接连通的电路”引出短路。并指出短路电路的特点,是在电路中有很大电流造成电源损坏。
  关键词:短路;定性分析;短路的分类
  在“科学探究:串联和并联电路的电流”一节中,教材以“不允许把电流表直接接到电源的两极上”又一次间接介绍了短路,在“科学探究:欧姆定律”一节中,教材以“想想议议”的方式讨论了电流表短接时的短路原理,深化了对短路原理的认识,在“家庭用电”一节中,讲到引起家庭电路中电流过大的原因时,再次阐述了短路知识,对短路作了较为详尽的论述,使学生对短路知识有了全面深入的理解,像这样对同一个知识点采取“分散教学,逐步深入”的策略,可见该知识点的重要性。
  一、 有关短路的知识总结
  1. 短路的定性分析
  短路是电流没有经过用电器而直接从导线上通过而形成的回路,从直观上看,用导线把用电器兩端连接起来就是短路,那么,为什么电流不经过用电器而直接从导线上通过呢?我们以图1为例,进行分析:
  (1)用电阻概念定性解释,电阻表示导体对电流的阻碍作用。用电器总有一定电阻的,而连接的导线电阻可以看作是零,用导线把用电器两端连接起来后,电流就从无电阻的导线上经过,而不会经过有电阻的用电器。
  (2)用电流分配定律解释,若电灯的电阻为R灯,AB间的连接导线的电阻为R线,根据并联电路的电流分配定律有I灯=R线R线 R灯I,I线=R灯R线 R灯I,R线可以看作零。所以I灯=0,I线=I,干路的电流全部从导线AB上经过,而通过电灯的电流为零。
  2. 短路的分类
  从造成短路的元件来分,短路有:用导线短路,用开关短路,用电流表短路,用滑动变阻器的滑片短路等,如图2所示:
  从发生短路的结构来分,有部分短路和全电路短路,如图3所示:
  3. 短路的危害
  电路发生短路时,会造成一些不应有的危害,更有可能发生严重的事故,如:电路中的电流过大会损坏电流表,损坏电源和浪费电能;被短路的用电器中因没有电流会停止工作;导线发热过多,引起绝缘皮老化,严重时会引起火灾等,因此,要避免短路的发生。
  4. 短路的利用
  有时短路也得到暂时的利用,如实验室中,利用电流表试触法检查电路故障,就是应用了短路,如图4所示电路:
  让电流表的一端与电源的正极相连,另一端依次与a、b、c、d、e五个接线柱试触,根据电流表有无偏转,就可以找出电路的哪一部份发生断路。
  二、 关于电路的教学原则
  短路知识是学生在电学学习中遇到的突出难点之一,教学中要注重方法,讲究策略,在教学实践中,采取如下教学法原则,可以收到良好的教学效果。
  1. 逐步推进、稳步提高
  短路知识内容丰富,具有很强的适用性,教学过程切忌操之过急,一蹴而就,要分层次,分阶段地逐步落实教学目标。在短路的引出时,通过实验使学生认识最简单的短路电路,能识别明显的短路连接,不要求学生分析结构复杂的短路问题,在学习了欧姆定律之后,不用电阻的概念初步解释短路的原理,让学生了解不同元件连接造成的短路情况,并适当增加对短路的辨别练习,在电阻的并联学习后,再用电流分配定律讨论短路的原理,加深对短路概念的理解。在学习家庭电路时,对短路作全面深入的分析,提供一些含有短路结构的动态电路练习,教学中,应使学生每经过一个阶段的学习,在具备相应的知识和能力后,对短路的认识更深入一层。在适当的时期,作专题总结,强化效果。
  2. 形成印象、理解内涵
  电路知识源于实际,用于实际。在教学中,要充分利用实验的直观效果,使学生理解短路的知识内涵、短路的电路结构,电流特点、短路造成的电灯熄灭、导线发热等实验现象,生动鲜明,真实有趣,是学生理解短路概念、掌握电路特点最有效的感知材料。在对含有短路结构的电路简化分析中,也应通过实际操作来增强学生对电路简化的感性认识。如把电路中断路部分和被短路的电器的拆除,把拐弯分支的翻转拉直等简化归正方法,用实际电路演示给学生看,学生有了具体形象的感性认识,才能正确掌握电路简化的方法和要领,完成由动作思维到抽象思维的认识深化,提高对电路结构的分析能力。
  3. 解析典型、灵活运用
  复杂电路的结构隐蔽,迷惑性强,引导学生对典型电路分析比较,使学生把握住短路的本质特征:“电流没有经过用电器而直接从导线上通过”,可以增强学生对电路结构的辨别能力,达到举一反三、灵活运用的目的。
  参考文献:
  [1]宋伟.物理短路实验现象小议[J].中国教育发展研究杂志,2009.
  作者简介:
  杨懿,湖南省汨罗市,湖南省汨罗市川山坪中学。
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