李國平

【摘要】在初中物理教學(xué)中，電路故障是部分學(xué)生最難掌握的一個(gè)電學(xué)知識(shí)，也是中考的一個(gè)難點(diǎn)。利用微課輔助教學(xué)，先簡單介紹電路故障的種類，學(xué)習(xí)回路和歐姆定律后，再利用回路和歐姆定律知識(shí)分析短路和斷路的原因，學(xué)生通過微課學(xué)習(xí)，逐步學(xué)會(huì)判斷電路故障的類型，并能指出電路故障的位置，能動(dòng)手解決實(shí)際操作問題。

【關(guān)鍵詞】初中物理;電路故障;歐姆定律：微課

一、引言

初中物理的電學(xué)是非常重要的內(nèi)容。從2011新版《義務(wù)教育物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)電學(xué)部分的內(nèi)容要求來看，在知識(shí)與技能方面的目標(biāo)要求有所降低，過程與方法的目標(biāo)卻有所加強(qiáng)，它強(qiáng)調(diào)從生活走向物理，要重視學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，初步認(rèn)識(shí)一些電學(xué)的概念和規(guī)律。同時(shí)，《課標(biāo)》中也明確地指出：“會(huì)看、會(huì)畫簡單的電路圖。會(huì)連接簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路。說出生產(chǎn)、生活中采用簡單串聯(lián)或并聯(lián)電路的實(shí)例……”然而，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，在這部分的內(nèi)容中，電路故障一直是學(xué)生感到比較吃力的部分，也是教師們比較難講透的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。如果學(xué)生遇到電路故障時(shí)，不能獨(dú)立解決，那么他們的學(xué)習(xí)效果也就無從談起。

這其實(shí)是一個(gè)連鎖反應(yīng)，關(guān)鍵點(diǎn)就在于講透電路故障。講透這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，就需要給予學(xué)生足夠的鋪墊，就要讓學(xué)生有直觀的實(shí)踐體驗(yàn)。有限的課堂時(shí)間里，很難做到細(xì)致人微、面面俱到。這個(gè)問題，微課可以幫助我們來解決。微課作為一種新型輔助教學(xué)的學(xué)習(xí)資源，具有短小精煉，靈活自由，迅速獲取等優(yōu)點(diǎn)，它傳播知識(shí)的方式不受空間，時(shí)間的限制，它就能在課堂給學(xué)生有直觀的體驗(yàn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，信息化教育也不斷高速發(fā)展，隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的普及，我們?cè)谡n堂上使用微課就更加便捷了。

二、探究實(shí)踐

那么，我們需要分析一下，教學(xué)實(shí)踐中有什么問題是需要微課來幫我們解決的？

（一）學(xué)習(xí)《歐姆定律》前的電路故障問題

（1）短路

①短路分兩種：一類是電源短路，另一類是部分短路。

什么是電源短路？電流直接從電源的正極流至負(fù)極，沒有經(jīng)過任何的用電器，電流會(huì)很大，容易燒壞電流表和損壞電源（圖1），所以電源短路在電路中要避免出現(xiàn)。

什么是部分短路？它也叫做局部短路或短接，部分用電器的兩端被導(dǎo)線接了起來。如圖2所示，L1被短接，電流經(jīng)過L2，所以L2亮，電流不經(jīng)過L1回路，L1不亮，電路的電流會(huì)增大，僵不會(huì)燒壞電源，在有些特殊的電路會(huì)用到。

我們講授新課解釋短路的成因，普遍的教法是：因?yàn)閷?dǎo)線的電阻為零或者說很小，電流直接從導(dǎo)線繞過了用電器，從電源的正極流到負(fù)極，電流會(huì)很大，容易燒壞電源。

那么，就有三個(gè)值得我們思考的問題了：1.人教版九年級(jí)的物理教材，將電路的類型這個(gè)知識(shí)版塊放在學(xué)習(xí)《歐姆定律》之前，在以上的分析過程中，其實(shí)學(xué)生并不知道什么是電阻，所以也不能理解為什么電流會(huì)從導(dǎo)線流過？而不從小燈泡這條回路流過？

2.如果我們向?qū)W生解釋：導(dǎo)線沒有電阻或者其電阻為O，那么在后面的《生活用電》這一章的學(xué)習(xí)中，也會(huì)有矛盾：我們?yōu)槭裁磿?huì)擔(dān)心電路的電流過大（超出了導(dǎo)線的承載能力）？那是因?yàn)閷?dǎo)線也是有一定電阻的。根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt，電流通過后由于電流的熱效應(yīng)，導(dǎo)線會(huì)發(fā)熱，甚至可能引發(fā)火災(zāi)?？傊?，導(dǎo)線是有電阻的！這個(gè)矛盾又怎樣解釋？

3.電路故障是學(xué)生實(shí)驗(yàn)常見的現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)課上，如果教師對(duì)學(xué)生一一進(jìn)行指導(dǎo)，那么在有限的教學(xué)時(shí)間里就不能兼顧到每一個(gè)學(xué)生，電學(xué)實(shí)驗(yàn)課的質(zhì)量也就很難得到保證。

②解決方案

基于以上問題的思考，筆者嘗試拍攝微課，利用微課來輔助教學(xué)。先簡單介紹數(shù)字電流表，它是測量某一點(diǎn)電流的儀器（量程：0-3A，最小測量值：O.OOOIA）。把數(shù)字電流表直接接在而個(gè)小燈泡的兩端（如圖4），讓學(xué)生觀察，其現(xiàn)象是：兩個(gè)燈都不會(huì)發(fā)光，電流的值達(dá)到了約2.58A，比圖3兩個(gè)燈泡串聯(lián)一起發(fā)光的電流值大很多倍，這說明電源短路容易燒壞電流表和損壞電源。這時(shí)，我們可以作簡單的解釋：因?yàn)閿?shù)字電流表的電阻很?。ㄈ绻且恍《螌?dǎo)線的電阻會(huì)更小），所以電流大部分從電流表流過，只有很小的電流流經(jīng)小燈泡。通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證：將小燈泡取下，電流表的示數(shù)不變。拍攝成視頻后，這個(gè)問題的講解只需要1分鐘，但是能讓學(xué)生在直觀的演示更容易理解。（附微課《電源短路和部分短路》）

部分短路也是采用類似的做法，如圖5，讓學(xué)生觀察接入的電流表A2的數(shù)值，并引導(dǎo)學(xué)生思考：電流此時(shí)流經(jīng)的路徑如何？通過觀察小燈泡的亮度和電流表的數(shù)值，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)L1不亮，L2比原來更亮，短接后電流表A1數(shù)值變大（比起L2和L1串聯(lián)時(shí)電流表的數(shù)值），通過分析兩個(gè)電流表的數(shù)值（A1>A2），說明電流大部分從A：流過，但比起電源短路時(shí)的數(shù)值要小。

在實(shí)際的電路中，并聯(lián)出現(xiàn)的短路一定是電源短路。如圖6，可以讓學(xué)生嘗試去解釋這是種短路。需要注意的是，在學(xué)生思考時(shí)，要引導(dǎo)他們利用回路的知識(shí)去回答。

（2）斷路

①什么是斷路？就是由于用電器損壞（如小燈泡燒毀），開關(guān)斷開，接觸不良等引起的兩點(diǎn)之間電阻無限大，電流不能通過。如圖7，開關(guān)Ki斷開。

如果是串聯(lián)電路出現(xiàn)斷路，電路不能形成閉合回路，兩個(gè)小燈泡不會(huì)發(fā)光，電流為o（如圖8），學(xué)生是很容易理解的。教學(xué)中，學(xué)生有疑問的地方是：我們?nèi)绾闻袛嘈襞菽睦锍霈F(xiàn)斷路呢？通常的教法是：利用一根導(dǎo)線（如圖9），接在小燈泡L的兩端，觀察L是否會(huì)發(fā)光，如果L2發(fā)光，說明L1斷路。為了讓學(xué)生更容易理解，可以將L1取走，L2仍會(huì)發(fā)光的。說明L1的位置發(fā)生了斷路。同理，也可以判斷L2是否斷路。而實(shí)際上，小燈泡不亮，也可能是它的實(shí)際功率太小（實(shí)際功率學(xué)生當(dāng)時(shí)也是沒有學(xué)習(xí)到的部分）。這個(gè)問題又怎樣和學(xué)生講解清楚呢？

②解決方案

筆者認(rèn)為，我們可以利用前面短路的知識(shí)，用—個(gè)數(shù)字電流表來替代這根導(dǎo)線（圖10），如果電流表A2有示數(shù)，說明它是一條閉合的回路，而且說明該點(diǎn)斷路了。要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析，是不是閉合電路，不能只是觀察小燈泡有沒有發(fā)光，要觀察電流表有沒有示數(shù)。做一個(gè)1分鐘的微課就能很好地解決問題。（附微課《小燈泡串聯(lián)斷路》）

在并聯(lián)電路中，如果某一條支路斷路，該支路沒有形成閉合回路，沒有電流，學(xué)生只要觀察哪一條支路的用電器不工作，就可以判斷哪條支路出現(xiàn)斷路（圖11）。如果所有的用電器都不工作，說明干路出現(xiàn)了斷路，利用短接的辦法也可以判斷斷路的位置（如圖12）。

電路故障的教學(xué)是層層遞進(jìn)的，我們以上討論的問題的前提是學(xué)生沒有學(xué)習(xí)《歐姆定律》和電阻的概念。在學(xué)習(xí)了歐姆定律后，我們就可以更深入地解釋電路故障的問題。

（二）伏安法中的電路故障問題

在初中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，伏安法是學(xué)生最常用的測量方法。下面我們來分析一下，如何解決伏安法測量過程中的電路故障問題？普遍的做法是：通過讓學(xué)生觀察小燈泡的發(fā)光情況，電流表和電壓表的示數(shù)以及變化的情況，就可以基本判定電路屬于哪種故障了。但學(xué)生要真正理解和分析，就必須要結(jié)合前面所學(xué)到的回路、歐姆定律以及串聯(lián)電路的分壓等知識(shí)。

（1）小燈泡短路

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道導(dǎo)線或者電流表的電阻是很小的，在實(shí)際的電路中，通過拍攝視頻（附視頻《伏安法小燈泡短路》），引導(dǎo)學(xué)生觀察，如果小燈泡被短接（利用電流表A2），小燈泡是不會(huì)發(fā)光的，電流表A1和A2都是有示數(shù)的，電壓表的指針沒有偏轉(zhuǎn)?？梢钥吹诫娏鞔蟛糠钟葾2流過，因此小燈泡不會(huì)發(fā)光，為了驗(yàn)證，可以將小燈泡拆了（如圖14）。而電壓表的電阻非常大的，可以認(rèn)為沒有電流通過，因此電壓表的示數(shù)為零。在電路分析中，一般視導(dǎo)線的電阻為零，相當(dāng)于小燈泡被短接了（如圖15）。（高中的處理方法是：視導(dǎo)線的電阻為零，則導(dǎo)線兩端的電勢差為零，所以電壓表沒有示數(shù)）

（2）小燈泡斷路

小燈泡斷路的等效電路圖（如圖16），實(shí)驗(yàn)中，可以觀察到小燈泡不亮，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，電壓表的示數(shù)接近（或等于）電源電壓。通常我們是認(rèn)為電壓表電阻很大，相當(dāng)于斷路，所以電流表沒有示數(shù)。但是這種說法實(shí)際上是矛盾的。既然是斷路，沒有形成閉合回路，電流表沒有示數(shù)是可以理解的，但是電壓表也就不應(yīng)該有示數(shù)。筆者也嘗試了新的做法：利用數(shù)字電流表來拍攝微課（附微課《伏安法小燈泡斷路》），學(xué)生可以觀察到小燈泡不亮，電流表的示數(shù)非常小，只有0.5mA左右，電壓表有示數(shù)并且接近電源電壓。這時(shí)，就可以引導(dǎo)學(xué)生思考為什么電流表沒有示數(shù)？接著就可以分析：這是因?yàn)闄C(jī)械的電流表的分度值是0.02A，也就是20mA，但實(shí)際測量的電流值只有0.5mA，因此，機(jī)械式的電流表指針幾乎不偏轉(zhuǎn)。而電壓表接近電源電壓，因?yàn)樗碾娮璺浅４螅ù藭r(shí)可以用萬用表測量出來，讓學(xué)生有一定的感性認(rèn)識(shí)），與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，分到的電壓大，相當(dāng)于直接接剄了電源的正負(fù)極了，因此，電源表的示數(shù)接近電源電壓。

三、結(jié)語

近年的教學(xué)實(shí)踐中，微課介入解決電路故障問題后，大大地提高了教學(xué)效率;更在一定的程度上，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了物理學(xué)習(xí)的動(dòng)力。疑難問題的直觀化是實(shí)現(xiàn)從難到易的華麗轉(zhuǎn)變。一些看似復(fù)雜的各種電路都可以通過微課分解成最簡單的電路，相信微課還能在物理教學(xué)中繼續(xù)發(fā)揮更積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（ 2011年版）[M].北京師范大學(xué)出版社.

[2]周靜.初中物理“電路故障”淺析[J].湖南中學(xué)物理，2009 （6）.

[3]楊霞.初中物理電路故障及案例解析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018（02）.

[4]王培強(qiáng)，初中物理電路故障的判斷分析[J]，中學(xué)課程資源，2015（07）.