李咸啟
2017年廣東省初中物理中考,很多學(xué)生說(shuō)當(dāng)一看到試卷上作圖題中的第3小題,一下子就懵了,沒見過(guò)單刀雙擲開關(guān)。近五年廣東省物理中考題中,有兩次考過(guò)家庭電路的作圖,一次是2012年聲控開關(guān)的接線,另一次是2015年插線板的接線。因此不少教師都猜測(cè)考查家庭電路的作圖,不外乎是插座或開關(guān),而插座的接線方法是“左零右火中接地”,開關(guān)則接在火線與用電器之間。這些在中考前學(xué)生都反復(fù)訓(xùn)練過(guò),壓根沒想到這次物理中考偏偏考的是單刀雙擲開關(guān)。教師沒想到,學(xué)生自然就沒訓(xùn)練過(guò),這樣的考試結(jié)果也就可想而知了。其實(shí)單刀雙擲開關(guān)在初中物理電學(xué)中的作用至關(guān)重要,熟悉單刀雙擲開關(guān),是理解電學(xué)中幾個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)的前提與基礎(chǔ),因此在教學(xué)中不能輕視與忽略。
《2017年廣東省初中畢業(yè)生物理學(xué)科學(xué)業(yè)考試大綱》(以下簡(jiǎn)稱《大綱》)對(duì)安全用電這部分內(nèi)容的要求是探究,《大綱》對(duì)探究的具體目標(biāo)是:經(jīng)歷體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和理論等方式的科學(xué)探究,建立感性認(rèn)識(shí),表達(dá)見解和感受,能根據(jù)要求制訂計(jì)劃、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、搜集證據(jù)、分析論證,形成科學(xué)的價(jià)值觀。家庭電路是最常見、最基本的實(shí)用電路,電學(xué)中要求熟悉家庭電路的連接,并學(xué)以致用,不熟悉單刀雙擲開關(guān)的結(jié)構(gòu)與作用,就很難達(dá)到探究的要求。
單刀雙擲開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,它由動(dòng)端(也叫動(dòng)觸頭)和不動(dòng)端(也叫靜觸頭)組成,動(dòng)端也就是所謂的“刀”,它有兩種使用方法:一是把“刀”和右邊的不動(dòng)端相連(如圖2),此時(shí)右邊的開關(guān)接通;同時(shí)這個(gè)“刀”還可以選擇與左邊的不動(dòng)端相連,這樣左側(cè)的開關(guān)接通,此時(shí)右邊的開關(guān)是斷開的。因?yàn)榈兜拈]合方式有兩種,相當(dāng)于一個(gè)“刀”可以控制兩個(gè)開關(guān),所以叫單刀雙擲開關(guān)。根據(jù)單刀雙擲開關(guān)的結(jié)構(gòu)與原理,就很容易作出在兩地控制一盞燈的電路圖(如圖3),其中的S1、S2是兩個(gè)單刀雙擲開關(guān),可以安放在兩個(gè)地方。S1、S2兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)的“刀”可以選擇與上面或下面的不動(dòng)端相連,這樣就可以實(shí)現(xiàn)在兩地用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)來(lái)控制同一盞燈。
除了利用單刀雙擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩地控制同一盞燈以外,單刀雙擲開關(guān)在初中物理電學(xué)中還有很多重要的應(yīng)用,比如控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路,在九年級(jí)物理課本第二十章“電與磁”第四節(jié)電動(dòng)機(jī)中有道題目:設(shè)計(jì)一個(gè)電路,使電動(dòng)機(jī)在人的操作下既能正向轉(zhuǎn)動(dòng),也能反向轉(zhuǎn)動(dòng)。九年級(jí)教師教學(xué)用書中的參考答案如圖4所示,這個(gè)電路其實(shí)就是利用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)來(lái)改變流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流方向,從而實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)或反向轉(zhuǎn)動(dòng)。但是如果不熟悉單刀雙擲開關(guān)的結(jié)構(gòu)與原理,是無(wú)法理解這個(gè)電路的。
另外,九年級(jí)物理課本第二十章“電與磁”中第三節(jié)的主要內(nèi)容是電磁繼電器(如圖5)。電磁繼電器的工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)中高壓工作電路的觸點(diǎn)其原理就相當(dāng)于一個(gè)單刀雙擲開關(guān),只不過(guò)根據(jù)實(shí)際電路的需要,既可以把這個(gè)單刀雙擲開關(guān)中的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)接入電路(如圖6),也可以只把其中的一個(gè)開關(guān)接入電路(如圖7)。與用單刀雙擲開關(guān)兩地控制同一盞燈不同的是,電磁繼電器中這個(gè)單刀雙擲開關(guān)的“刀”是由電磁鐵控制的。目前電磁繼電器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器,弄清楚了電磁繼電器的高壓工作電路其實(shí)就是一個(gè)單刀雙擲開關(guān),電磁繼電器的工作原理就容易理解了。
既然單刀雙擲開關(guān)在初中物理電學(xué)中應(yīng)用廣泛,那在平時(shí)的教學(xué)中教師應(yīng)該重視學(xué)生對(duì)它的理解與掌握,尤其是實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練更要加強(qiáng)。用單刀雙擲開關(guān)在兩地控制同一盞燈的家用電路,可以做成一塊電路模板(如實(shí)物圖8),通電演示在兩地如何實(shí)現(xiàn)控制,斷電后再讓學(xué)生看電路結(jié)構(gòu)。還可以用低壓電路(只要把交流電源改為兩節(jié)干電池,把220V的燈泡換成2.5V的即可,實(shí)物圖如圖9所示)來(lái)模擬,讓學(xué)生實(shí)際連線。學(xué)生通過(guò)自己實(shí)操,肯定能大大加強(qiáng)對(duì)單刀雙擲開關(guān)結(jié)構(gòu)與作用的理解。為了進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)單刀雙擲開關(guān)的訓(xùn)練,還可以結(jié)合其他的電路,比如顯示發(fā)光二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟碾娐罚涂梢杂靡粋€(gè)單刀雙擲開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)(電路如圖10,實(shí)物圖如圖11所示)。這些實(shí)驗(yàn)都能在實(shí)驗(yàn)室甚至課外讓學(xué)生自己操作,效果良好。
由此可見,單刀雙擲開關(guān)在初中物理電學(xué)中應(yīng)用廣泛,要突破教學(xué)中的這個(gè)難點(diǎn),關(guān)鍵是多設(shè)計(jì)一些能讓學(xué)生多動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)。
責(zé)任編輯 羅 峰