辨析迷惑電路　區(qū)分串聯(lián)并聯(lián)

孔祥梅　徐曉梅

[摘 要]初次接觸電學(xué)知識時，不少學(xué)生對串并聯(lián)的“迷惑”電路分辨不清，對電路的連接方式分不清楚，但是正確分析串、并聯(lián)電路是學(xué)好初中物理的基本要求，為了幫助學(xué)生有效分析串、并聯(lián)電路，文章以一道習(xí)題為例，通過理論分析和實驗操作，幫助學(xué)生辨析串并聯(lián)的“迷惑”電路。

[關(guān)鍵詞]串聯(lián);并聯(lián);區(qū)分;迷惑

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）08-0059-03

一、問題提出

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中對初中生在電路方面的要求是會看、會畫簡單的電路圖;會連接簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路;說出生產(chǎn)、生活中采用簡單串聯(lián)和并聯(lián)電路的實例。不難看出，課程標(biāo)準(zhǔn)對電路的要求主要是針對簡單電路，但在實際學(xué)習(xí)中，簡單電路也具有迷惑性。學(xué)生在學(xué)習(xí)了人教版教材第十五章第三節(jié)“串聯(lián)和并聯(lián)”后，雖然對簡單電路能進(jìn)行連接、分析以及判斷，但是對稍微復(fù)雜的且具有迷惑性的電路圖的分析判斷有困難。針對串、并聯(lián)電路在教材上安排的內(nèi)容深度與實際上出現(xiàn)的考試內(nèi)容之間的差距，教師在教學(xué)過程中需要適當(dāng)補(bǔ)充知識或剖析一些典型例題，以鍛煉學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

下面以一道習(xí)題為例，通過理論分析及實驗操作，幫助學(xué)生辨析串并聯(lián)的“迷惑”電路。

例題：判斷圖1中小燈泡L1、L2、L3的連接方式是串聯(lián)還是并聯(lián)。

本題主要是基于學(xué)生學(xué)過串聯(lián)電路和并聯(lián)電路之后，對串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的定義以及連接方式有了一定的理解，并對簡單電路具有一定的分辨能力而出的。該題會造成學(xué)生的思維困惑，而形成困惑的主要原因是題目所呈現(xiàn)的電路與學(xué)生在實際學(xué)習(xí)中所遇到的電路有差距，學(xué)生無法準(zhǔn)確分析電流的流向。

說明：學(xué)生在對本題進(jìn)行電路分析時，很可能出現(xiàn)兩種判斷，即L1和L2被導(dǎo)線1短路或L2和L3被導(dǎo)線2短路。學(xué)生直觀觀察電路圖，除L1、L2以及L3三個小燈泡外，還觀察到導(dǎo)線1和導(dǎo)線2在電路中的特殊位置以及對電路的影響，因此不能準(zhǔn)確分析電路。

二、問題解決

（一）理論分析

1.利用電流流向分析電路。當(dāng)學(xué)生看到該電路圖時，應(yīng)從電源開始分析，在圖2中，我們可以看到電流從電源的正極出發(fā)，經(jīng)過a點(diǎn)時分成兩個方向，一個是經(jīng)由L1到達(dá)b點(diǎn)，沿?zé)o阻礙作用的導(dǎo)線2流向電源的負(fù)極，形成閉合環(huán)路（虛線所示）;另一個是流向?qū)Ь€1，經(jīng)由c點(diǎn)又分別流向L2和L3，經(jīng)由L2的電流到達(dá)b點(diǎn)后經(jīng)由導(dǎo)線2流向電源負(fù)極形成閉合環(huán)路（點(diǎn)劃線所示），而經(jīng)由L3的電流直接流向電源負(fù)極形成閉合環(huán)路（點(diǎn)線所示）。因此，我們可以在圖2中看到三個閉合環(huán)路，所以判斷該電路圖為并聯(lián)電路。

該思維的主要困惑點(diǎn)是電流在a、b、c點(diǎn)時的流向分析。該分析方式采用單一電流流向的分析法，是上一節(jié)內(nèi)容“電荷的定向移動形成電流”這個定義在電路中的實際運(yùn)用。在該電路中，閉合電路產(chǎn)生的電流從電源的正極流向負(fù)極，當(dāng)遇到分支時，每條支路都會有電流流過，形成能夠使用電器工作的電路，即通路。因此，在實際教學(xué)中，判斷電路是串聯(lián)還是并聯(lián)常用的一種方法是根據(jù)電流流動形成閉合電路。

2.利用正負(fù)電荷流向進(jìn)行雙向分析

與上述分析相似，依據(jù)閉合電路電流從電源正極流出回到電源負(fù)極，接下來的分析是在電源處兵分兩路：一路是正電荷運(yùn)動（用實線箭頭表示），另一路是負(fù)電荷運(yùn)動（用點(diǎn)線箭頭表示）。正電荷從電源正極出發(fā)，經(jīng)由a點(diǎn)分別流向?qū)Ь€1和L1，正電荷到達(dá)b點(diǎn)時流向?qū)Ь€2;通過導(dǎo)線1的正電荷到達(dá)c點(diǎn)時，分別流向L2和L3。負(fù)電荷從電源負(fù)極出發(fā)，經(jīng)由d點(diǎn)分別流向?qū)Ь€2和L3，通過L3的負(fù)電荷到達(dá)c點(diǎn)時流向?qū)Ь€1，通過導(dǎo)線2的負(fù)電荷到達(dá)b點(diǎn)時，分別流向L1和L2。通過觀察圖3中正負(fù)電荷流向，我們可以看出在L1、L2、L3分別有正負(fù)電荷流動形成的環(huán)路，因此判斷該電路為并聯(lián)電路。

該分析是通過正負(fù)電荷的雙向流動進(jìn)行電路分析。在該電路中，當(dāng)同一用電器兩端存在相向而行的正負(fù)電荷時，證明該支路為通路。同時該方式也能讓學(xué)生知道用電器的正常運(yùn)行是因為兩端存在不同的正負(fù)電荷差，為后續(xù)學(xué)習(xí)電壓做好鋪墊。因此，在實際教學(xué)中，判斷電路是串聯(lián)還是并聯(lián)時，可以用雙向電荷分析，這樣有利于學(xué)生分析復(fù)雜電路。

在實際教學(xué)中進(jìn)行理論分析時，可以將兩種理論分析思路結(jié)合起來。在學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)電路知識時，可以基于電流從電源正極經(jīng)過導(dǎo)線、開關(guān)、用電器后流至電源負(fù)極的方法分析，通過該方法讓學(xué)生加深對電流流向以及通路定義的理解。隨后通過正負(fù)電荷的雙向流動做進(jìn)一步的電路分析，讓學(xué)生對電源內(nèi)部的電荷流向有更清晰的理解，同時也可以為后續(xù)電壓的學(xué)習(xí)與理解做好鋪墊。

（二）實驗分析

1.利用虛擬實驗軟件進(jìn)行直觀分析

為了便于學(xué)生在腦海中想象電流或電荷的流動，同時還能進(jìn)行直觀的電流分析，教師可以采用NB物理虛擬實驗軟件進(jìn)行電路分析。圖4是NB物理實驗電學(xué)部分的部分元器件，同樣也是初中常用的電學(xué)元件。利用該軟件我們既可以幫助學(xué)生實時了解不同電路圖的連接情況以及閉合電路之后會發(fā)生的現(xiàn)象，也可以減少電學(xué)元器件的損壞，更重要的是幫助學(xué)生進(jìn)行直觀的電路、電流、電壓分析。同時在該軟件中進(jìn)行電路連接，既可以直觀觀察電流流向，這對學(xué)生分析電路圖有很大的幫助，還可以幫助學(xué)生將電路圖轉(zhuǎn)成實物圖。

在本例題的分析中，教師需要分析電路中電流的流動情況，根據(jù)電路圖在畫布上進(jìn)行電路連接，運(yùn)用NB物理虛擬實驗軟件連接上例中的電路圖得到如圖5所示的實物連接圖。

連接如圖5所示的電路圖之后，在分析之前，先對比電路圖與實物連接圖，看兩圖是否一致，保證以下分析是建立在例題的基礎(chǔ)上。隨后閉合開關(guān)S1，學(xué)生可以看到導(dǎo)線中的電流流向是否一致。通過觀察圖6，可以看出形成三個閉合環(huán)路。因此可以判斷該電路為并聯(lián)電路。

該分析是通過虛擬實驗軟件進(jìn)行電路連接，來分析電流的流動。理論分析思路是利用電流分析以及正負(fù)電荷流向分析，但需要學(xué)生想象，而該分析對電流的直觀分析有利于學(xué)生在腦海中形成電流流向圖，通過觀察電路圖可以發(fā)現(xiàn)干路和支路電流大小不一。因此虛擬實驗軟件在電學(xué)部分的應(yīng)用不僅對該例題具有分析作用，對后續(xù)其他電路的分析也具有一定的積極作用。

2.利用真實實驗操作分析

學(xué)生連接完成電路圖（如圖7所示），在分析之前，先對比電路圖與實物連接圖，看兩圖是否一致，保證以下分析是建立在例題的基礎(chǔ)上。在實驗操作過程中，采用鱷魚夾進(jìn)行導(dǎo)線連接，通過斷開連接點(diǎn)觀察各個小燈泡的情況。閉合開關(guān)，當(dāng)取下導(dǎo)線1時，L1亮;當(dāng)取下導(dǎo)線2時，L3亮;當(dāng)取下導(dǎo)線3時， L2、L3亮;當(dāng)取下導(dǎo)線4時，L1、L2亮;當(dāng)取下導(dǎo)線1和導(dǎo)線2時， L1、L2、L3全亮;當(dāng)取下導(dǎo)線3和導(dǎo)線4時，L2亮。通過斷開連接點(diǎn)觀察小燈泡的發(fā)光情況，可以判斷出該電路為并聯(lián)電路。

該分析是通過實物連接電路的方式，依據(jù)導(dǎo)線在串聯(lián)與并聯(lián)電路中的作用不同進(jìn)行分析的。在串聯(lián)電路中，任何一條導(dǎo)線斷開都會導(dǎo)致整個電路斷開;在并聯(lián)電路中，一個支路電流斷開不影響另一支路的電流流動。通過鱷魚夾取下導(dǎo)線，根據(jù)小燈泡的明暗判斷電路的連接方式。實物連接電路既可以幫助學(xué)生進(jìn)行電路分析，也可以幫助學(xué)生提升動手能力。

在實際教學(xué)中進(jìn)行實驗分析時，可以將虛擬實驗與實物實驗相結(jié)合。將學(xué)生分成兩人一組，分組進(jìn)行實驗，讓學(xué)生對該電路圖進(jìn)行分析。一位學(xué)生采用虛擬實驗進(jìn)行連接分析，另一位學(xué)生進(jìn)行實物連接分析，最后兩位學(xué)生進(jìn)行討論、綜合并得出結(jié)論。這既符合新課標(biāo)提出的合作學(xué)習(xí)要求，又可以幫助學(xué)生在腦海中建立電路圖，同時也能提升學(xué)生的動手操作能力。

三、小結(jié)

理論分析是建立在學(xué)生具備相應(yīng)電學(xué)知識之上的對電路連接方式的分析判斷;實驗分析在培養(yǎng)學(xué)生動手能力的同時以理論為基礎(chǔ)進(jìn)行電路連接方式的分析判斷。而對串并聯(lián)電路的區(qū)分，教師既可以采用理論分析方法判斷，也可以采用實驗分析方法判斷。

但當(dāng)電路復(fù)雜且具有迷惑性時，既可以用理論分析的兩種思路進(jìn)行單一分析（通過電源的電流流向進(jìn)行電路分析;通過正負(fù)電荷的雙向流動進(jìn)行電路分析），也可以將兩種理論分析方法相結(jié)合，讓學(xué)生對電源內(nèi)部的電荷流向有更清晰的理解，同時為后續(xù)電壓的學(xué)習(xí)與理解做好鋪墊。

采用實驗分析法分析電路時，既可以將實驗分析的兩種思路進(jìn)行單一分析（通過虛擬實驗對電流的直觀觀察，在腦海中形成電流流向圖，通過觀察電路圖發(fā)現(xiàn)干路和支路電流大小不一，或通過實物連接電路的方式，依據(jù)導(dǎo)線在串聯(lián)與并聯(lián)電路中的作用不同：在串聯(lián)電路中，任何一條導(dǎo)線斷開都會導(dǎo)致整個電路斷開;在并聯(lián)電路中，一條支路電流斷開不影響另一支路的電流流動），也可以將兩種實驗分析方法相結(jié)合，幫助學(xué)生在腦海中建立電路圖，同時提升學(xué)生的動手操作能力。

電路分析也可將兩種分析方式相結(jié)合，在進(jìn)行理論建構(gòu)的同時， 輔以直觀的實驗方法或虛擬實驗方法進(jìn)行觀察。尤其是針對電學(xué)部分的題目，理論與實驗相結(jié)合的分析方式既便于學(xué)生直觀看到電流流向，也有利于學(xué)生進(jìn)行知識建構(gòu)，易于達(dá)到教學(xué)目的。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

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（責(zé)任編輯 易志毅）