宏观把握教材 突破“短路”难点

(江苏省扬州市邗江区运西中学，江苏 扬州 225128)

电学中的短路现象是初中物理的重点和难点知识，由于它的存在使得电路千变万化，电学试题也更加丰富多彩.但也因此增加了学生分析电路的难度.如何帮助学生突破这一难点，树立学好电学的信心，是每一位物理老师不可规避的课题.心理学研究表明，人对客观事物的认识必须经历由现象到本质，由感性到理性，由低级到高级的过程.因此，对短路难点的突破，也应遵循这一规律，采取逐步渗透、由易到难、分步瓦解的策略.切不可追求一步到位、一蹴而就.

1 牛刀小试，初步感知短路危害

苏科版九年级物理教材第十三章第一节《初识家用电器和电路》是学生第一次正式学习电学知识.本节要求学生学会独立连接一个完整的简单电路，教材明确提出“不允许以任何方式用导线将电源的正负两极直接相连，以免造成电源短路.”为了让学生切身体会到电源短路的危害，养成良好的做电学实验的习惯，可以设计以下两个小实验：

学生实验1

每一位学生用一根细铜丝直接连接一节新干电池的正负两极，感受细铜丝和电池发热(提醒学生如果感到烫手就立即断开电路).教师适时解释：短路造成电路中电流较大，使导线和电池温度升高，如果温度达到导线或电池外面绝缘材料的着火点，就会发生燃烧.

学生实验2

每一组学生先连接成如图1所示电路，再把一根导线的两端分别连接在灯座的两个接线柱上，短暂闭合开关，观察小灯泡是否发光.通过实验，学生知道短路会造成用电器不能正常工作.

图1

2 温故知新，了解短路的两种类型

短路可分为电源短路和用电器短路两种类型.电源短路会造成导线和电源烧坏，所有用电器不能正常工作.用电器短路，造成被短路的用电器不能正常工作.为了帮助学生正确区分这两种类型的短路，在学习了电路的串并联知识之后，可以设计以下两个小实验：

学生实验3

图2

首先连接成如图2所示的串联电路，再用一根导线分别与灯泡L1、L2并联，闭合开关观察两个灯泡的发光情况.最后将导线与电源并联，短暂闭合开关，观察两个灯泡的发光情况.

学生实验4

图3

首先连接成如图3所示的并联电路，再用一根导线与灯泡并联，短暂闭合开关，观察两个灯泡的发光情况.

通过上述两个实验，使学生知道，串联电路中如果部分用电器短路，其它用电器仍可以工作.而并联电路中如果使某条支路短路，会造成整个电路短路(电源短路)是绝对不允许的.

3 三顾茅庐，熟识电流表造成的短路

由于电流表的内阻很小，如中学实验室中电流表的量程为0—0.6A时，内阻约为0.1Ω，如果与用电器并联，作用相当于导线，也会造成电路短路.电流表的使用规则明确要求“电流表必须与被测电路串联(不能并联)”为了引导学生理解这样规定的道理，可以设计以下实验：

学生实验5

图4

连接成如图4所示的电路，闭合开关观察两个灯泡的发光情况和电流表指针的偏转情况.(与电流表并联的灯泡不发光，另一灯泡发光变亮，电流表可正常读数.)

这样不仅帮助学生深刻理解了电流表的使用规则，同时丰富了学生对短路现象的认识.在分析电路时可以将电流表当成导线，以简化电路.

4 由表及里，理解短路的原理

图5

学习了电阻的概念和欧姆定律之后，可以利用如图5所示的电路(局部)帮助学生理解短路的原理.可以把导线看成是一个阻值很小的电阻R线(在20℃时，铜的电阻率为1.75×10-8Ω·m)，当它与电阻R0并联时，因为U0=U线，所以I0/I线=R线/R0，又由于R线远远小于R0，所以I0远远小于I线.即此时通过电阻R0的电流非常小(通常可忽略不计)，电流几乎全部从导线通过，所以用电器不能工作.而此时R0与R线并联的总电阻很小，为R0R线/(R0+R线)，所以电路两端电压一定时，干路中的电流会很大，容易烧坏电源和导线.

5 知行合一，预防家庭电路中的短路

家庭电路中由于短路造成干路电流过大，导致保险丝熔断，是常见电路故障之一.在学习这部分知识时，可以利用如图6所示的保险丝作用演示器，来演示短路的危害及保险丝的作用：

图6

教师演示1

先用一根铜丝替代保险丝接在干路上的C、D两点之间，再用一根导线连接B、D(造成电源短路)，很快将观察到干路上A、B之间的导线起火冒烟(A、B接的是带绝缘皮的铁丝)，替代保险丝的铜丝没有熔断.

教师演示2

在刚才铜丝的位置改接一根额定电流为5A的保险丝，重复上述操作，将观察到通电一段时间后，保险丝熔断，导线未起火燃烧.

保险丝是用电阻率大、熔点低的铅锑合金材料制成的.由于电流的热效应，当电路中的电流超过一定限度，保险丝的温度很快达到它的熔点，先于导线熔断，电路就会被自动切断，保证了电路的安全.现在常用的空气开关，是利用电流的磁效应来工作的，与保险丝的功能是相同的，但避免了更换保险丝的麻烦.

6 趋利避害，正确利用短路

短路尽管有诸多危害，但如果利用得当，也能为人类造福.

应用1

家庭中使用的有金属外壳的用电器，一般都有接地保护，其实就是利用了短路.如果家用电器的内部导线绝缘皮破损或失去绝缘性，导致火线与外壳接通，使外壳带电.此时如果人接触到带电外壳，人将与接地线并联，且都与大地相连.接地线将人体短路(人体可看做是一个较大的电阻)，只有极小的电流通过人体，保障了人身安全.

应用2

具有多挡位的用电器，一般都是利用某个电阻丝的短路，如电饭锅、电炒锅、电热毯等.如图7所示是某型号电饭锅的原理图，它有高温烧煮和焖饭保温两个挡位.当开关S在“1”挡时，R0与R串联接入电路，此时电路的总电阻较大，电路的总功率较小，电饭锅处于焖饭保温状态.当开关S在“2”挡时，只有R0接入电路(R被短路)，电路的总电阻减小，总功率增大，电饭锅处于高温烧煮状态.

图7

应用3

图8

利用局部短路控制用电器的工作，实现自动报警.如图8所示是汽车上“安全带指示灯”电路原理图.当安全带未系好时，相当于断开开关，指示灯发光报警.当安全带系好时，相当于闭合开关S，指示灯被短路，灯不亮.还有“车门关闭报警灯”、“自动防盗报警电路”等，都是利用了与上述原理.

在教学过程中，教师要有意识的为学生“搭梯子”、“搬凳子”，帮助学生降低认知的难度.相信经过上述这六个步骤，对短路难点的逐步分化与瓦解之后，学生不但能轻松理解这一电学现象，还能深刻感受到物理是有用的，学习物理是快乐有趣的.

[1]刘炳昇，李容.义务教育课程标准实验教科书物理9年级上册[M].南京：江苏科学技术出版社，2013：110.

[2]刘炳昇，仲扣庄.中学物理教师专业技能训练[M].北京：高等教育出版社，2004:95.

[3]王兴乃，罗栋国.教学仪器维修大全(第一册)[M].北京：电子工业出版社，1993：625.