开关,对家庭电路演示实验探讨和改善写作

一、实验革新背景

家庭电路是北京师范大学版九年级物理教科书第十一章第五节内容，是探讨家庭电路的组成、连接组成的作用。这一节的内容与学生的实际生活联系紧密，与生活用电安全息息，学生除需家庭电路的连接原则之外，更应理解的，以提高安全用电意识。
教科书中并未出现关于家庭电路的演示实验，给出了一幅家庭电路的连接图(如图1所示)。经过查阅，家庭电路演示实验的传统器材是由电能表、开关、保险、灯泡、插座等元件连接而成，并固定于演示板上(如图2所示)，使用时，火线与零线之间220 V交流电压演示。
图1 教科书的连接图
图2 传统器材
，传统器材也有着着，如：
(1)传统器材使用220 V交流电压，电压较高，学生操作时有着安全隐患。
(2)电路中各元件均固定在演示板上，拆卸、交换位置，学生只能观察正确的连接方式，但并理解这样连接的理由，错误连接方式的理由或危险。
(3)保险丝是隐藏于保险盒盖内部的，保险丝熔断时，学生及时地观察到这一现象。
理由，对传统器材了改善，改善内容如下：
(1)用变压器将220 V交流电转换为12 V直流安全电压，教师、学生都可安全操作。
(2)自制保险盒模型，将保险丝外露，便于学生观察，便于教师操作。
(3)电能表、闸刀开关、自制保险盒背面固定上螺丝，便于拆装和交换位置。
(4)连接灯的火线和零线预留接口(如图3所示)，便于将开关先后接在零线、火线上演示；开关选用单刀开关，相对于生活拉绳开关，学生更观察到开关的。
图3

二、实验革新作品设计与研制

1.家庭电路连接原则

(1)进户线是家庭电路的电源，进户线依次安装电能表、闸刀开关、保险盒，然后再连接各用电器。
(2)灯泡的开关接在火线上。
(3)灯泡的螺口与零线相连，灯头与火线相连。
(4)插座连接原则为“左零右火”，三孔插座接地。

2.实验作品研制

(1)制作
本实验的制作，来自实验室，成本较低、购买。
①AC-220V转DC-12V变压器，最大电流10.5 A，用于低压直流输出。②电能表1个、闸刀开关1个、插座1个。③12 V-18 W节能灯2只，12 V-60 W灯泡1只。④实验室用单刀开关2个，灯泡开关。⑤6～24 V汽车试电笔1支，用于检测电路。⑥5 cm×15 cm薄木板1块，螺钉、螺母、垫片、保险丝若干，用于自制保险盒。⑦红色、蓝色、黄绿相间色导线若干，火线、零线、地线。⑧尼龙拉带若干，鳄鱼夹若干，用于固定导线、连接导线。⑨75 cm×75 cm薄压缩板1块，铁皮、铁管若干，用于制作演示板及支架。
(2)制作工具
电钻、老虎钳、剥线钳、改锥、扳子、试电笔、刻度尺、剪刀、锯、电烙铁、绝缘胶带。
(3)制作策略教学论文
①设计电路、布线。各元件的大小、数量设计电路，将设计图画在压缩木板上，并用电钻沿导线所在路径间隔10 cm打孔。电能表、闸刀开关、电灯开关等电路元件需用螺钉悬挂在演示板上，故在演示板上对应各元件的位置打孔。
红色导线火线，蓝色导线零线，线路图布线，并预留出安装电能表、闸刀开关、保险丝、电灯、电灯开关、插座等元件的位置。用尼龙拉带穿过压缩板的小孔(如图4所示)，将导线固定在压缩板上。
图4
②改装变压器。将变压器的12 V输出接口剪掉，将两根导线接上鳄鱼夹，用电压表测出变压器输出端的正、负极，缠上红色、黑色绝缘胶带，以便区分(如图5所示)。
图5
③改装电能表、闸刀开关。将电能表、闸刀开关两端接上长度的导线，将线头剥皮1 cm(如图6所示)。再将电能表、闸刀开关的背面安装上螺丝并固定好，用于悬挂。
图6
④自制保险盒。家用保险盒是将保险丝置于保险盒盖内侧，所以在演示中操作不方便，学生也观察不到现象。为解决理由，本设计自制保险盒模型，将保险丝外露，便于操作和观察。
在一块约6 cm×15 cm薄木板的位置上打5个孔，上端，用于悬挂螺钉；中间位置2个，下端2个，用于制作接线柱。然后将5个螺钉穿过每个小孔，用螺母和垫片把每个螺钉牢牢固定在木板上，再装上红色、黑色的接线柱各2个，装上保险丝和连接用的导线(如图7所示)。
图7
⑤改装2个电灯开关。将单刀开关两端打孔，装上螺丝用于悬挂。再将每个接线柱接上一小段导线并固定好。两个开关中，安装红色导线，用于接在火线上，另安装蓝色导线，接在零线上(如图8所示)。
图8
⑥安装两个灯座，螺口接零线，并在螺口处缠绕上蓝色胶带以示零线；另灯座螺口接火线，在螺口处缠绕红色胶带以示火线(如图9所示)。
图9
⑦安装插座。将插座与布好的导线连接，并连接“地线”(实际并不接地，仅做演示)，接地的一端在演示板上画上接地符号。用螺丝和螺母将插座固定在演示板上。
⑧将电能表、闸刀开关等元件悬挂在线路板上，用鳄鱼夹把各元件的导线连接(如图10所示)，检查电路后通电调试。
图10

三、实验革新作品在教学使用

1.实验教学内容

检查电路连接，无误后接通电路，然后演示。
(1)演示电灯开关需安装在火线上。将开关接在零线上，断开开关，灯不亮，给灯并不带电的假象。用试电笔测得灯泡裸露在外的螺口依然带电(如图11a所示)，人一旦不小心触碰到，就可能触电。
a b
图11
将开关改接在火线上，断开开关，灯不亮。用试电笔测得灯泡的螺口并不带电(如图11b所示)，连接策略教学论文对人是比较安全的。
(2)演示灯泡的螺口应接在零线上。将灯座的螺口与火线相连，闭合开关，灯亮。用试电笔测得灯泡的螺口带电(如图12a所示)，使人触电。
a b
图12
将灯座的螺口与零线相连，闭合开关，灯亮。用试电笔测得灯泡螺口不带电(如图12b所示)，所以将灯座螺口与零线相连比较安全。
(3)演示插座“左零右火”的连接。用试电笔测出插座的接线策略教学论文为“左零右火”。
(4)演示保险丝熔断。实验中使用保险丝规格为3 A，另配有一只12 V-60 W的灯泡。将灯泡装上后，闭合开关，灯泡先亮一下，然后突然熄灭。用试电笔进户线、电能表、闸刀开关、保险盒的检查电路，电路发生断路的理由是保险丝熔断了。查明故障后，可实验一次，并实物投影，将保险丝局部放大，学生更好地观察。
(5)演示闸刀开关与保险盒的连接。闸刀开关的作用是制约小学语文教学论文整个家庭电路，保险盒中装有保险丝，作用是保护电路，保险丝熔断后更换。家庭电路中，闸刀开关和保险盒的安装是有要求的。
将保险盒置于闸刀开关，将闸刀开关断开后，各用电器与电源断开了，闸刀开关保险盒，并制约小学语文教学论文保险盒。用试电笔测得保险盒的火线依然带电(如图13a所示)，这样在更换保险丝时很可能会触电。