電池短路實驗改進方案五則

申屠蘭芳

摘? 要：短路實驗采用低壓電源，安全性高，既能提高學生興趣，又不會加劇學生對電的恐懼;實驗中短路前后現(xiàn)象差異顯著，短路時溫度升高、發(fā)光、熔斷、產(chǎn)生火花、引燃火柴等現(xiàn)象明顯，充分說明短路時電流急劇增大導線發(fā)熱甚至發(fā)生火災，學生印象深刻;實驗取材方便，操作簡單，利于推廣。

關鍵詞：初中科學;短路;實驗改進

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1992-7711（2020）36-211-01

一、實驗原型及其不足之處

（1）實驗原型：在浙教版科學八年級上冊第四章第一節(jié)《電路圖》中有“電池短路”這一學生探究活動，該實驗原型為：“如圖，用導線將一節(jié)干電池的正負極連接起來，用手摸一下導線，導線是否發(fā)熱？”該探究活動的意圖是讓學生通過親身實踐來認識短路現(xiàn)象和體驗短路的危害，從而得出必須防止電源短路。

（2）不足之處：

①現(xiàn)象不明顯，疑惑重重。該實驗由于干電池的內阻較大而導線的電阻很小，再加上導線散熱又快，故導線發(fā)熱現(xiàn)象不明顯，學生可能會懷疑導線是被手焐熱的，導致學生對“電源短路時由于電路中的電流過大損壞電源，嚴重時會引起火災”的感性認知不深，對短路危害認識不夠，甚至會對此產(chǎn)生懷疑。

②不能作演示，浪費較大。此實驗是利用人體熱覺來感知短路時導線發(fā)熱，不是從視覺上來體驗，故只能作為學生活動，不能作為演示實驗。學生天生好動，學生在活動中長時間短路或多次實驗，會導致使用過的干電池在接下來的實驗中不能正常使用，造成較大的浪費。

二、短路實驗的改進

電池短路實驗改進的目的是有效地解決原實驗中的不足之處，提供一種安全性高、操作方便、現(xiàn)象明顯、成功率高的演示實驗。

改進后的實驗原理如圖甲所示。為了確保實驗安全，電源電壓不宜過高，實驗中采用一節(jié)9伏或兩節(jié)1.5伏的干電池作為低壓電源。A、B兩點之間接上保險絲、鋁絲線、細鐵絲等（如圖①、圖②、圖③，具體見方案1-方案5）。為了便于進行短路時與不短路時的對照，突出短路的危險性，在電路中串聯(lián)上一只燈泡L與開關S2，燈泡L只要與電源電壓相匹配即可，實驗中采用額定電壓為幾伏的礦燈燈泡、摩托車燈泡、汽車燈泡或實驗室中的小燈泡等均可。

【方案1】用兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)后作為電源，在A、B兩點之間接上一段1A的保險絲，并將保險絲繞在溫度計的玻璃泡上，如圖①所示。當閉合S1，斷開S2時，A、B兩點之間的保險絲與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，溫度計示數(shù)升高不明顯，10秒鐘內溫度上升2oC左右（如下左圖）;當同時閉合S1、S2時，電源與燈L同時被短路，燈L不發(fā)光，溫度計示數(shù)明顯升高，10秒鐘內溫度上升30oC左右（如下右圖）。

【方案2】用一節(jié)9伏的干電池作為電源（下圖中的9伏電池盒帶有開關），在A、B兩點之間接上一段長5厘米左右的1A保險絲，如圖②所示。當閉合S1，斷開S2時，保險絲與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，保險絲無明顯現(xiàn)象（如上左圖）;當同時閉合S1、S2時，電源與燈L同時被短路，燈L不發(fā)光，保險絲很快變軟并熔斷（如上右圖）。

【方案3】用一節(jié)9伏的干電池作為電源，在A、B兩點各接上一段鋁芯導線，如圖③所示。當閉合S1，斷開S2，兩鋁芯導線相碰時無火花，燈L發(fā)光（如下左圖）;當同時閉合S1、S2，兩鋁芯導線相碰時有劇烈的火花（如下中圖），并能將火柴引燃（如下右圖），燈L不發(fā)光。此實驗中電源只需兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)就能產(chǎn)生火花，并將火柴引燃。

【方案4】用兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)后作為電源，在A、B兩點之間接上一段長2厘米左右的鋁絲線（剝去鋁芯導線外的絕緣層，再取其中的一根即可。鋁芯導線在一些小電器或電動玩具中都可以找到。），如圖②所示。當閉合S1，斷開S2時，鋁絲線與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，鋁絲線無明顯現(xiàn)象（如下左圖）;當同時閉合S1、S2時，電源與燈L同時被短路，燈L不發(fā)光，鋁絲線發(fā)紅變亮并很快熔斷（如下右圖）。

【方案5】用兩節(jié)1.5伏的干電池串聯(lián)后作為電源，在A、B兩點之間接上一段長2厘米左右的細鐵絲（從鐵質窗紗上取下一段即可），如圖②所示。當閉合S1，斷開S2時，細鐵絲與燈L串聯(lián)，燈L發(fā)光，細鐵絲無明顯現(xiàn)象（如下左圖）;當同時閉合S1、S2時，電源與燈L同時被短路，燈L不發(fā)光，細鐵絲發(fā)紅，當把火柴頭接觸細鐵絲時，火柴馬上被引燃（如下右圖）。

三、改進實驗的優(yōu)點

①取材方便，操作簡單。改進實驗中用到的溫度計、保險絲、鋁芯導線、細鐵絲、小燈泡、干電池等在生活中都很容易得到，取材方便。實驗原理清晰，操作簡單，利于推廣。

②現(xiàn)象明顯，消除疑惑。改進實驗中短路前后現(xiàn)象差異顯著，短路時溫度升高、發(fā)光、熔斷、產(chǎn)生火花、引燃火柴等現(xiàn)象明顯，充分說明短路時電流急劇增大會損壞電源甚至發(fā)生火災，這樣就自然而然地消除了學生心中的重重疑惑。

③安全可靠，成功率大。實驗中采用9伏或1.5伏的干電池作為電源，電壓低，安全性高。實驗中熔斷或產(chǎn)生火花時一般沒有熔化物掉落，即使有熔化物，熔化物也很少，在落地前溫度已降到足夠低，不會發(fā)生其他危險。這樣安全的實驗既能提高學生興趣，又不會加劇學生對電的恐懼，因此誰都敢去做，而且成功率大，誰都愿意去做。

④可作演示，節(jié)約環(huán)保。實驗是從視覺上來體驗短路的危害，故可作為演示實驗，避免學生活動造成的浪費。實驗可反復進行，成本低，達到節(jié)約的目的。

（作者單位：浙江省東陽市歌山鎮(zhèn)第一初級中學，浙江? ?東陽? ?322100）