江苏省泰州市高港区教师发展中心(225323) 戴同兰

对于初学电学知识的学生而言,判断电路的连接方式一直是一个难点。特别是电路中有电流表和电压表,在判断电路连接方式时,对于电流表接在电路中,可以看成是导线,电压表接在电路中,可以看成是断路,这个知识点对初学电学的学生而言,更是无法理解。笔者为了能让学生真正理解该知识点,正确运用该知识点判断电路连接,引导学生以综合实践活动的形式进行创新实验。

1 电流表和电压表对测量电路的影响

《中学理科实验教学指导——初中物理分册》一书中指出：理想情况下,电流表的内阻等于零,串联接入电路后不影响电路中的电流,即测量值与实际值相同。

9年级上册义务教育物理教科书 (苏科版)中也指出：电流表和电压表对测量电路的影响。测量电流时,电流表的电阻比待测电路的电阻小得多,因此对测量值的影响可以忽略不计。正因为电流表的电阻很小,所以不能把它直接接在电源两端,否则会烧坏电流表。

与电流表不同,由于电压表的电阻比待测电路的电阻大得多,通过它的电流很小,一般可以忽略不计。正因为电压表的电阻很大,所以不能把它直接串联接在电路中,否则闭合开关电路相当于断路,电压表的读数就等于电源电压,但可以把电压表直接接在电源两端,它的读数也等于电源电压。所以,测量电压时需要把电压表并联在待测电路两端。

正是电流表和电压表具有上述特点,所以在判断电路连接方式时,可以把电流表看成是导线,把电压表看成是断路。

笔者为了能让学生真正理解该知识点,正确运用该知识点判断电路连接,引导学生以综合实践活动的形式进行创新实验。

该实验所需器材非常简单,锡纸可以用祭祀用的锡箔纸代替,口香糖或巧克力里面的包装纸也可以,其他实验器材利用学校实验室中的常规器材就可以完成。以下是该创新实验的主要内容,从两个大的方面来进行说明,有利于学生真正领会电路的基本知识点,正确判断电路的连接方式。

2 电源短路和用电器短路的区别

实验一：电源短路

用一个废旧电池组成的简单电路,闭合开关,灯泡发光,打开开关,加一锡箔纸,接到灯泡的两个接线柱之间。

现象：灯泡不亮,拿导线的手感到发烫,用手摸锡箔纸感到发烫,用手摸干电池也会发热。

该电路的原理是,在电路中,电流不流经用电器,直接连接电源两极,这就是我们通常所说的短路,也叫电源短路。所谓电源短路,通俗地说就是电流不流经用电器,只从电源上走。该处锡箔纸是一种导电的金属材料,接上电池后形成了短路,电流不从灯泡上走,直接从锡箔纸上到电源两极,此时电路中电流很大,发热量比较大,因此温度就容易上升,用手摸上去就发烫,会损坏电源,这是绝对不允许的。所以为了安全,不管是导线、闭合开关,还是其他的导电金属材料都不能直接连接到电源两端。

用废旧电池的原因：一是不会浪费能源,二是锡箔纸尽管发烫,但不容易燃烧,可以让学生自己动手体验,加深印象。

实验二：用电器短路

图1是一个简单的串联电路,闭合开关,两灯正常发光。如图2所示,用一根导线将其中的一个小灯泡两端的接线柱连接起来,此时这个灯泡不亮,而另一个灯泡仍然发光,这种现象叫用电器被短路,也叫部分短路。所谓部分短路,通俗地说就是电流不流经该用电器,只从与该用电器并联的导线上走,导线把用电器短路短掉了。导线对电流而言相当于是畅通无阻的,此时该用电器中无电流通过,但其他用电器中仍有电流通过,这种电路是允许的,有时候我们还要利用这种电路来设计有关的用电器。

图1 用电器串联电路

图2 灯泡短路示意图

3 如何正确理解级级短路

实验三：电流表被导线短路

图3是一个简单的串联电路,电流表串联在电路中,闭合开关,两灯正常发光,电流表有读数。

如图4所示,用一根导线将电流表两端的接线柱连接起来,此时这个电流表没有读数,但是两个灯泡仍然发光,说明导线把电流表短路短掉了。也说明了电流表与导线相比,可以看成是用电器,电流表对电流的阻碍作用比导线大的多。

图3 电流表串联电路

图4 电流表短路示意图

实验四：用电器被电流表短路

图5是一个简单的串联电路,闭合开关,两灯正常发光,电流表有读数。

如图6所示,电流表与其中一个灯泡并联,闭合开关,与电流表并联的灯泡不亮,可以认为该灯泡中没有电流通过,但另一个灯泡仍然发光,电流表有读数。说明电流表把用电器短路短掉了,由此可见,电流表与用电器相比,可以看成是导线,电流表对电流的阻碍作用比用电器要小得多,同时也说明电流表为什么要与被测电路串联,而不能与用电器并联的原因。

图5 用电器与电流表串联电路

图6 用电器被电流表短路示意图

实验五：电压表对电路的影响

电压表接在电路中,相当于断路。如图7所示,闭合开关,两灯都发光,电压表有示数。如图8所示,若将与电压表并联的小灯泡取下来,此时,相当于电压表与灯泡串联在电路中,看到的现象是,灯泡不亮,电压表的示数比刚才的要大,几乎等于电源电压。说明电压表接在电路中,相当于断路,或者说用电器与电压表相比,相当于导线。在该实验中,如果打开开关,此时电压表示数为零,电源电压全部降落在开关两端,说明电压表与真正的断路相比,又相当于是导线。

图7 电压表并联电路

图8 电压表串联电路示意图

4 结束语

上述几个实验,主要是为了说明电流表接在电路中相当于导线,电压表接在电路中相当于断路。这个知识点,对于初学电学知识的学生而言,尽管都知道,但真正在判断电路的连接方式时往往还是没有感觉,该创新实验,可以作为综合实践活动,让学生以分组实验的形式自己操作,通过亲身体验,使学生真正领会该知识点,在实际判断电路的连接方式时非常有用,可以用图9所示的级级短路关系图来反映它们之间的关系。

图9 级级短路关系图