黃 婧 袁海泉

(1. 江蘇省蘇州市葉圣陶中學(xué)校，江蘇 蘇州 215000；2. 蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

江蘇省各市中考物理題中每年都有電路故障題，分值雖不大，但學(xué)生對(duì)于此類問(wèn)題的解析存在一定困難。筆者對(duì)2019年江蘇省各市中考物理中電路故障題進(jìn)行分析，并據(jù)此提出了相應(yīng)的教學(xué)策略。

1 電路故障題分析

縱觀2019年江蘇省中考中出現(xiàn)的電路故障題，命題者往往將其置于幾個(gè)重要的電學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行考查，且多數(shù)情況下電路故障題是放在實(shí)驗(yàn)題的第一或第二小問(wèn)，與實(shí)驗(yàn)聯(lián)系緊密，筆者將這些題目按照其電路背景進(jìn)行了分類。

1.1 用伏安法測(cè)電阻

一些電路故障判斷題安排于用伏安法測(cè)量定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)題中，因此，電路中既有電壓表，也有電流表。在判斷這類電路故障時(shí)，就要考慮所用電壓表和電流表是否連接正確，量程選擇是否正確，學(xué)生可根據(jù)電路發(fā)生故障時(shí)兩表的讀數(shù)情況對(duì)電路故障進(jìn)行判斷。

例1(南京中考題)：圖1是用伏安法測(cè)R1阻值的實(shí)物電路，電源電壓恒為3V，滑動(dòng)變阻器最大阻值為10Ω。改正電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，兩電表均無(wú)示數(shù)，其原因可能是( )。

圖1

A. 滑動(dòng)變阻器斷路

B.R1斷路

C.R1短路

解析：若滑動(dòng)變阻器斷路，則整個(gè)電路斷路，兩表都沒(méi)有示數(shù)，選項(xiàng)A符合題意；若R1斷路，電壓表串聯(lián)在電路中測(cè)電源電壓，應(yīng)有示數(shù)，B選項(xiàng)不符合題意；若R1短路，電流表應(yīng)有示數(shù)，C選項(xiàng)不符合題意。

1.2 用伏安法測(cè)小燈泡電功率

用伏安法測(cè)小燈泡電功率實(shí)驗(yàn)，尤其是測(cè)小燈泡額定電功率的實(shí)驗(yàn)，是初中電學(xué)的重難點(diǎn)。將電路故障題安排于此背景下，對(duì)學(xué)生綜合分析能力有很高的要求。學(xué)生對(duì)于該電路并不陌生，但在實(shí)際操作時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)連接錯(cuò)誤或用電器接觸不良等電路故障。將電路故障判斷題放在這類題目中，有助于提升學(xué)生在真實(shí)情境中獨(dú)立排查故障的能力。在用伏安法測(cè)小燈泡電功率的電路中，學(xué)生除了通過(guò)觀察兩電表的讀數(shù)情況外，還可通過(guò)觀察小燈泡的亮暗程度來(lái)判斷電路故障。

例2(泰州中考題)：在“測(cè)量小燈泡的功率”實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電壓為2.5V。按照?qǐng)D2所示正確連好電路，閉合開(kāi)關(guān)，小燈泡不亮，兩電表指針均有偏轉(zhuǎn)，造成該現(xiàn)象的原因不可能的是( )。

圖2

A. 小燈泡斷路

B. 小燈泡兩端電壓太小

C. 滑動(dòng)變阻器阻值太大

D. 電源電壓太小

解析：若小燈泡斷路，則電流表示數(shù)為0，不符合題意，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤。電流表有示數(shù)說(shuō)明電路是通路，電壓表有示數(shù)說(shuō)明小燈泡未短路，那小燈泡不發(fā)光的原因是實(shí)際電功率過(guò)小，B、C、D選項(xiàng)都是導(dǎo)致電功率過(guò)小的原因。

1.3 家庭電路

在實(shí)際生活中，學(xué)生遇到更多的是家庭電路故障，此類題目的出現(xiàn)有助于學(xué)生積累家用電器使用的生活經(jīng)驗(yàn)，如在出現(xiàn)“跳閘”情況時(shí)，判斷出是哪一臺(tái)用電器發(fā)生故障。另外，在家庭電路故障判斷題中，往往要用到測(cè)電筆，學(xué)生在解答此類問(wèn)題時(shí)，需理解測(cè)電筆的工作原理。測(cè)電筆發(fā)光原理是什么？為什么會(huì)發(fā)光？學(xué)生若能掌握其中原理，會(huì)提升其綜合分析能力。在家庭電路題中也涵蓋了用電安全知識(shí)，學(xué)生在解題的過(guò)程中內(nèi)化這些知識(shí)，能夠有效避免不安全事件的發(fā)生。

例3(宿遷中考模擬題)：如圖3所示為某家庭衛(wèi)生間電路，電燈和電熱器都在正常工作，在三孔插座上剛插上洗衣機(jī)(開(kāi)關(guān)未閉合)的插頭時(shí)，所有用電器都停止工作，拔出洗衣機(jī)的插頭后，用測(cè)電筆測(cè)試三孔插座的左右兩孔，氖管都發(fā)光，發(fā)現(xiàn)有一根熔絲熔斷了。下列分析不合理的是( )。

圖3

A. 一定是零線上的熔絲熔斷了

B. 斷開(kāi)S1、S2，再用測(cè)電筆檢測(cè)三孔插座的左右兩孔，氖管都發(fā)光

C. 只斷開(kāi)S1，再用測(cè)電筆檢測(cè)開(kāi)關(guān)S1的兩個(gè)接線柱，氖管都發(fā)光

D. 只斷開(kāi)S2，再用測(cè)電筆檢測(cè)開(kāi)關(guān)S2的兩個(gè)接線柱，氖管都發(fā)光

解析：在插上洗衣機(jī)的插頭前，電燈和電熱器都正常工作。插上洗衣機(jī)(開(kāi)關(guān)未閉合)的插頭，所有用電器都停止工作，說(shuō)明電路中干路上有斷路，用測(cè)電筆測(cè)試插座的兩孔，氖管都發(fā)光，說(shuō)明兩孔和火線是連通的，故只可能是零線斷了，A選項(xiàng)分析合理。若斷開(kāi)S1、S2，再用測(cè)電筆檢測(cè)三孔插座的左右兩孔，只有右孔與火線相連，氖管發(fā)光，左孔與火線不相連，氖管不會(huì)發(fā)光，故B選項(xiàng)分析不合理。若只斷開(kāi)S1，開(kāi)關(guān)S2的上下接線柱都與火線相連，測(cè)電筆的氖管發(fā)光，故C選項(xiàng)分析合理。若只斷開(kāi)S2，開(kāi)關(guān)S1的上下接線柱都與火線相連，測(cè)電筆的氖管發(fā)光，故D選項(xiàng)分析合理。

2 電路故障題的教學(xué)策略

在對(duì)2019年中考題做分類研究之后，筆者認(rèn)為：針對(duì)不同類型的題目在教學(xué)過(guò)程中可采取不同的教學(xué)策略，使學(xué)生在遇到同類型題目時(shí)，能用更有效的方法進(jìn)行解答。

2.1 強(qiáng)化邏輯推理的電路教學(xué)

電路故障題分析中涉及邏輯推理，教師可在習(xí)題教學(xué)中，讓學(xué)生親歷過(guò)程，掌握解題的邏輯推理步驟，強(qiáng)化他們的邏輯推理能力。如例1電路為串聯(lián)電路，根據(jù)電流表無(wú)示數(shù)，可以推理得到故障可能是以下3種情況：(1) 電路中存在斷路；(2) 電流表?yè)p壞；(3) 電源短路。根據(jù)電壓表并聯(lián)在變阻器兩端時(shí)無(wú)示數(shù)，推理得出故障可能是：(1) 電流表?yè)p壞；(2) 電源短路；(3) 電路中存在斷路，且斷路位置不在滑動(dòng)變阻器上。根據(jù)電壓表并聯(lián)在開(kāi)關(guān)兩端時(shí)有示數(shù)，可排除電源短路和電流表?yè)p壞情況，判斷出原因是電路中存在斷路，且是開(kāi)關(guān)處斷路。另外，教師在教學(xué)中也應(yīng)對(duì)電源短路和電流表?yè)p壞情況作補(bǔ)充，增加這兩種原因引發(fā)故障的題目，幫助學(xué)生在遇到其他情境時(shí)能正確進(jìn)行推理，不陷入僵化套路，并能夠考慮到各種可能性。教師在引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行推理的過(guò)程中應(yīng)細(xì)化故障原因，若確定了是a、b斷路，那到底是a斷路、b斷路，還是a、b間斷路，2019年江蘇省中考物理中就有兩道題考查故障原因的細(xì)化，故不可忽視細(xì)節(jié)。

2.2 在習(xí)題教學(xué)中實(shí)現(xiàn)情景再現(xiàn)

當(dāng)教學(xué)中遇到通過(guò)加入電壓表、導(dǎo)線等元件來(lái)判斷故障的題目時(shí)，可將題目情景予以再現(xiàn)。

現(xiàn)場(chǎng)讓學(xué)生進(jìn)行題目中所述的操作，這既能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力，也能使學(xué)生更直觀看到相關(guān)的現(xiàn)象以及知道這些操作的作用。

例4(蘇州中考題)：小明要測(cè)量定值電阻Rx的阻值(約幾十歐)?，F(xiàn)有器材：電源(6V)、滑動(dòng)變阻器、電流表、電壓表、開(kāi)關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干。

如圖4所示，當(dāng)小明準(zhǔn)備讀取電流表示數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩電表示數(shù)突然都變?yōu)?。他用一根導(dǎo)線檢查電路故障，當(dāng)將該導(dǎo)線兩端分別接到a、d接線柱上時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)仍為0；當(dāng)將該導(dǎo)線兩端分別接到c、f接線柱上時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)仍為0。則由此可以判斷故障是。

圖4

解析：當(dāng)小明準(zhǔn)備讀取電流表示數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩電表示數(shù)突然都變?yōu)?，說(shuō)明電路斷路；他用一根導(dǎo)線檢查電路故障，若將該導(dǎo)線兩端分別接到a、d接線柱上，電流表有示數(shù)則說(shuō)明斷路在a、d之間；若將該導(dǎo)線分別接到c、f接線柱上，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電源、開(kāi)關(guān)、待測(cè)電阻、滑動(dòng)變阻器是連通的，電流表示數(shù)仍然為0，c、f之間存在斷路。a、d與c、f重合部位為c、d之間，所以判斷故障為c、d間斷路。

以例4為例，教師在教學(xué)中可進(jìn)行情景再現(xiàn)，連接實(shí)物圖時(shí)用一根內(nèi)部斷了但外觀完好的導(dǎo)線連接c、d兩接線柱，并閉合開(kāi)關(guān)，觀察現(xiàn)象，然后讓學(xué)生上臺(tái)來(lái)將導(dǎo)線分別接到a、d接線柱上，觀察現(xiàn)象；將導(dǎo)線接在c、f接線柱上，觀察現(xiàn)象。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象如題所述，最后教師將c、d間的導(dǎo)線取下，換到燈泡能發(fā)光的電路中，燈泡不再發(fā)光，表明該導(dǎo)線斷路，還可通過(guò)人為制造c、d接線柱接觸不良來(lái)設(shè)置故障。情景再現(xiàn)的方式還可讓學(xué)生通過(guò)自己的操作來(lái)排除錯(cuò)誤猜想，如學(xué)生認(rèn)為是滑動(dòng)變阻器斷路造成的，就使之?dāng)嗦?，然后按照題目所述操作，觀察現(xiàn)象是否一致。

2.3 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)置故障

2019年蘇州中考實(shí)驗(yàn)操作考查的是測(cè)量小燈泡電功率實(shí)驗(yàn)，大部分學(xué)生在按照電路圖連接實(shí)物后，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光。原因可能是連接錯(cuò)誤，也可能是元件和導(dǎo)線之間接觸不良。此時(shí)學(xué)生往往很難快速找出故障，在平常的教學(xué)中可通過(guò)提供給學(xué)生壞的導(dǎo)線或用電器等來(lái)人為設(shè)置電路故障，讓學(xué)生自己探究，把故障找出來(lái)。還是以例4為例，用上述兩種方法分析完這題后，將故障修復(fù)，去設(shè)置其他地方的故障，讓學(xué)生通過(guò)導(dǎo)線或電壓表來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，排查故障。