单刀双掷开关在初中物理电学中的重要作用

李咸启

2017年广东省初中物理中考，很多学生说当一看到试卷上作图题中的第3小题，一下子就懵了，没见过单刀双掷开关。近五年广东省物理中考题中，有两次考过家庭电路的作图，一次是2012年声控开关的接线，另一次是2015年插线板的接线。因此不少教师都猜测考查家庭电路的作图，不外乎是插座或开关，而插座的接线方法是“左零右火中接地”，开关则接在火线与用电器之间。这些在中考前学生都反复训练过，压根没想到这次物理中考偏偏考的是单刀双掷开关。教师没想到，学生自然就没训练过，这样的考试结果也就可想而知了。其实单刀双掷开关在初中物理电学中的作用至关重要，熟悉单刀双掷开关，是理解电学中几个主要知识点的前提与基础，因此在教学中不能轻视与忽略。

《2017年广东省初中毕业生物理学科学业考试大纲》（以下简称《大纲》）对安全用电这部分内容的要求是探究，《大纲》对探究的具体目标是：经历体验、实验和理论等方式的科学探究，建立感性认识，表达见解和感受，能根据要求制订计划、设计实验、搜集证据、分析论证，形成科学的价值观。家庭电路是最常见、最基本的实用电路，电学中要求熟悉家庭电路的连接，并学以致用，不熟悉单刀双掷开关的结构与作用，就很难达到探究的要求。

单刀双掷开关的结构如图1所示，它由动端（也叫动触头）和不动端（也叫静触头）组成，动端也就是所谓的“刀”，它有两种使用方法：一是把“刀”和右边的不动端相连（如图2），此时右边的开关接通；同时这个“刀”还可以选择与左边的不动端相连，这样左侧的开关接通，此时右边的开关是断开的。因为刀的闭合方式有两种，相当于一个“刀”可以控制两个开关，所以叫单刀双掷开关。根据单刀双掷开关的结构与原理，就很容易作出在两地控制一盏灯的电路图（如图3），其中的S1、S2是两个单刀双掷开关，可以安放在两个地方。S1、S2两个单刀双掷开关的“刀”可以选择与上面或下面的不动端相连，这样就可以实现在两地用两个单刀双掷开关来控制同一盏灯。

除了利用单刀双掷开关实现两地控制同一盏灯以外，单刀双掷开关在初中物理电学中还有很多重要的应用，比如控制电动机的正反转电路，在九年级物理课本第二十章“电与磁”第四节电动机中有道题目：设计一个电路，使电动机在人的操作下既能正向转动，也能反向转动。九年级教师教学用书中的参考答案如图4所示，这个电路其实就是利用两个单刀双掷开关来改变流过电动机的电流方向，从而实现控制电动机正向转动或反向转动。但是如果不熟悉单刀双掷开关的结构与原理，是无法理解这个电路的。

另外，九年级物理课本第二十章“电与磁”中第三节的主要内容是电磁继电器（如图5）。电磁继电器的工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成，其结构中高压工作电路的触点其原理就相当于一个单刀双掷开关，只不过根据实际电路的需要，既可以把这个单刀双掷开关中的两个开关同时接入电路（如图6），也可以只把其中的一个开关接入电路（如图7）。与用单刀双掷开关两地控制同一盏灯不同的是，电磁继电器中这个单刀双掷开关的“刀”是由电磁铁控制的。目前电磁继电器已经广泛应用于家用电器，弄清楚了电磁继电器的高压工作电路其实就是一个单刀双掷开关，电磁继电器的工作原理就容易理解了。

既然单刀双掷开关在初中物理电学中应用广泛，那在平时的教学中教师应该重视学生对它的理解与掌握，尤其是实验训练更要加强。用单刀双掷开关在两地控制同一盏灯的家用电路，可以做成一块电路模板（如实物图8），通电演示在两地如何实现控制，断电后再让学生看电路结构。还可以用低压电路（只要把交流电源改为两节干电池，把220V的灯泡换成2.5V的即可，实物图如图9所示）来模拟，让学生实际连线。学生通过自己实操，肯定能大大加强对单刀双掷开关结构与作用的理解。为了进一步加强学生对单刀双掷开关的训练，还可以结合其他的电路，比如显示发光二极管正向导通反向截止的电路，就可以用一个单刀雙掷开关来实现（电路如图10，实物图如图11所示）。这些实验都能在实验室甚至课外让学生自己操作，效果良好。

由此可见，单刀双掷开关在初中物理电学中应用广泛，要突破教学中的这个难点，关键是多设计一些能让学生多动手的实验。

责任编辑 罗 峰