以实验为载体的“家庭电路复习”①

(江苏省常州市新北区龙虎塘中学,江苏 常州 213031)

1 引言

物理学是一门以实验为基础的科学,科学探究是学生学习科学的重要途径。在新授课的教学中,重视探究教学已成为物理教师的共识。但是,对复习课中的实验教学,教师首先从认识上就重视不足,导致复习课成了习题课。本文以“家庭电路复习”为例,介绍以实验为主线的巩固知识、提升能力的教学实践。

复习时引进一些实验,能迅速唤起学生对尘封的、碎片的知识回忆,达到克服遗忘、巩固记忆的效果。在复习课中引入实验,学生通过独立操作和观察、分析,能进一步加强动手操作能力,领悟到知识、现象间的相互联系。但是,所选的实验不应是新课实验的重复,而是要选取有利于学生理清知识的内在联系、区分易混淆的物理概念和规律、提升其思维能力的实验。这就要求教师要从实验的设计、实验器材或者自制教具的挑选、蕴含知识点和方法的问题设置等方面下功夫,这样的复习才能促进学生多种能力的增强和非智力因素的发展。

2 实验问题描述

2.1 问题1

如图1所示，家庭电路中元件主要有哪些?应怎样有序连接?为什么采用这样的安装顺序?能否随意调整?各用电器的连接为什么采用并联?

说明：在学生回答问题的基础上,引导学生观察“自制家庭电路板”,见物说理,直观生动。

图1 家庭电路

2.2 问题2

如图2、3所示，“220V 25W”的白炽灯与“220V 40W”的白炽灯发光时相比,哪盏灯亮?

图2 灯泡并联

图3 灯泡串联

说明：通过学生辩论,明确比较灯的亮暗实际上是比较实际功率。在学生理论分析的基础上,演示两灯在串联和并联情况下的亮度变化,实验现象对比度很明显,理论和实践相结合,学生印象深刻。在新课教学时,学生虽然也比较过两灯泡串联时和并联时的亮度,但用的是“1.5V 0.3A”“2.5V 0.3A”的灯泡,灯光本来就暗,对比度不明显。

2.3 问题3

有人认为：在相同时间内，“220V 25W”的灯与“220V 40W”的灯串联发光时,会比其中一盏灯单独发光消耗更多的电能,你认可这种观点吗?

说明：学生对电功率有了理论和实践的认识,再结合通电时间,很容易想清消耗电能(电功)的问题与电功率的区别和联系。问题3是在问题2基础上的巩固和深化。

2.4 问题4

你注意到了吗?房门口的开关和床头开关都能控制房间顶灯，这是怎么做到的?原来,房门口的开关和床头开关都是如图4所示的单刀双掷开关。试画出电路设计图,并用电池作为电源制作一个电路模型,看看能否满足要求。

图4 双控开关电路

说明:对于双控开关的应用学生是有生活体验的,但是在上新课时,由于初学电路知识,学生很难理解用两个单刀双掷开关组合起来所起到电路的控制作用。复习时,通过学生设计双控开关实验电路、分组制作电路模型,能提高学生分析问题和解决问题的能力,增强学生动手操作能力。

2.5 问题5

家庭照明既可以使用白炽灯,也可以使用普通节能灯或LED节能灯。小强同学从相关资料中了解到60W白炽灯、12W普通节能灯与5W LED节能灯的照明效果相当,并收集到这几种照明用灯具的有关数据如表1。

表1

通过计算回答：

(1) 在一只白炽灯的使用寿命内,使用5W的LED节能灯比使用60W的白炽灯可以节约多少电能?使用哪种灯更合算?

(2) 在一只LED节能灯的使用寿命内,与使用60W的白炽灯相比,哪种灯更合算(电价按0.5元/kW·h计算)?

(3) 我国从2012年10月1日起逐步淘汰白炽灯,首先禁止销售60W以上白炽灯。请你通过相关数据的比较,说明我国为什么要逐步淘汰白炽灯?

说明:这道题是由2014年山东济南中考试题改编而成。教师将自带的13W普通节能灯与4W LED节能灯接入家庭电路,让学生感知亮度,并引入本题。教师通过点拨提示，要求学生计算使用成本,实际上就是计算电费和灯的售价之和。学生独立完成第(1)小题后,展示学生的典型答案,通过生生互动、师生互动，解决学生中存在的问题。第(2)问则是换个角度强化理解,学生基本能够胜任。第(3)问在学生回答问题的基础上,教师引导学生从个人、家庭、国家、社会角度等方面归纳:可以节能、省钱、节约能源、减小大气污染、保护环境等。

知识学习的最终目的是为了指导实践、应用在实际生活中，通过本题复习知识的同时,拓宽了学生的知识面,拉近了物理学和学生生活的距离,使学生感受到了科学与社会、生活的联系。

2.6 问题6

该自制家庭电路板中能否接入电热水壶?你还需要知道哪些信息?

说明:设计本题的目的是让学生学会分析、解决问题。通过分析,学生需要从电能表表盘信息获得额定电压和额定电流，计算出接入的用电器的最大总功率为2200W，从电热水壶的铭牌知道其额定功率为1500W，家庭电路板上已经装的灯泡额定总功率为165W,最后通过计算，确认能否接入电热水壶。

2.7 问题7

自制家庭电路板中的插座的安装是不是符合安全原则？你有什么办法检验?试试看！

说明:设计本题的目的,通过学生的演示实验,一方面复习测电笔的使用方法和原理,另一方面复习插座的接线规则。

2.8 问题8

如图5是新安装好的简化版家庭电路,使用前,电工师傅常用一只标有“220V 40W”的灯泡L0(校验灯)取代保险丝,闭合总开关,再逐个闭合各用电器的开关,来检查每个支路的情况。请你也来试一试,看看L1、L2、L3所在的支路是通路、断路，还是短路?

图5 家庭电路故障检测

说明:本题试图让学生学会用校验灯来检测电路故障。另外,等检测出L1支路正常后,还要追问,这条支路安装上有什么不合理之处,带来的后果是什么?目的是要比较开关接在火线上、零线上的区别和联系。

3 结语

在本节课中，学生需要掌握的知识,以问题串的形式提出。实验为问题解决提供感性材料,引导学生思考。

教师设置的问题串不是填空式、选择式的题目,而都是应用性的、实践性的但又是融合知识点和方法的具体可操作的问题。依托问题串加实验,很好地实现了“家庭电路的组成相关知识和常识”的一站式复习,调动了学生学习的积极性、主动性,发展了学生的思维能力,提高了复习课教学效率。但同时也要看到,这种复习课必须有丰富的实验资源才能实现,这需要老师的敬业和智慧、学校从人力和物力上的支持、整个教研组同事的协作。