师:同学们好,今天我们来学习第十三章第二节电路的组成和连接方式第一课时。在第一节的学习中,我们认识了电现象。如今,电已经融入我们生活的各个方面,比如空调、手机,都是利用电来工作的。就像人走路要有道路,车行驶需要马路一样,电的流动也需要电路,电器要想工作,自然也离不开电路。空调工作时需接入家庭电路,手机内部同样需要有电路。
那么,什么是电路?它又是怎么组成的呢?接下来,我们通过实验活动来认识电路的组成。同学们,请准备好两节干电池、一个小灯泡、一个开关和若干根导线。利用这些器材,你能让小灯泡亮起来吗?注意,实验过程中千万不可用导线直接把电池两端连接在一起,而且连成后开关要能控制小灯泡。尝试起来吧。
师:好的,你成功了吗?现在老师来演示其中一种正确的方法。先把器材摆放好,有两节干电池、一个开关和小灯泡,要保证开关处于断开状态。接下来我们用导线连接,老师从正极开始,连接电源正极,再连接开关,然后用导线从开关接到小灯泡,从小灯泡接到电源负极。连好之后检查电路,检查好了,我们闭合开关,发现小灯泡成功亮起来了。
我们利用实物图来重现之前连接的电路,观察它是由什么组成的。电路中有两节干电池,它在这个电路中的作用是提供电能。在电路中,提供电能的器件叫做电源。常见的电源有单个的干电池、多个干电池组成的干电池组,以及能够充电的蓄电池。
电路中还有一个小灯泡,它在此处的角色是利用电能来工作,像这样利用电能来工作的器件叫做用电器。常见的用电器有空调、手机、电视机、电铃,实验室中常用的电动机小模型也属于用电器。这个开关则是控制电路通断的器件。
通过分析之前连接的电路可以得出,用导线把电源、开关、用电器等连接起来就组成了电路。一个完整的电路,除了导线外,至少要有电源、用电器、开关三种元件。
师:电路完整,用电器就一定能通电工作吗?并不一定,还和电路的状态有关。接下来我们一起来探讨电路的三种状态。
我们再仔细观察一下实验中连接的电路,开关闭合后电路的情况,如动画展示,整个电路处处相通。像这样电路接好后闭合开关处处相通的电路叫做通路,这个时候用电器能够通电进行工作。
现在我把开关断开,此时电路还是像这样处处相通的吗?不再是了,电路在开关这个位置断开了。那如果这样呢?对,此时电路就在导线这个位置断开了,用电器也不能工作。
同学们请看这个电路的连接情况,开关闭合后电路有什么特点呢?对,电源两极直接用导线连接了起来。像这种导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路叫做短路。在上一次实验活动之前,老师曾提醒同学们千万不要这样连接电路,那电路呈短路之后会有什么危害呢?接下来我们可以通过一个实验操作来说明问题。
实验中我们发现金箔纸的温度升高,最终燃烧了起来。这是由于发生短路时电路中的电流过大造成的,此时可能会烧坏电源,甚至引起火灾,所以我们连接电路时一定要避免短路。在生活中出现短路现象要比老师用实验器材演示的更加危险,我们一起了解一下。
这是短路现象的在线实验演示,这是短路引起的火灾现场,而且这样的火灾还在逐年增加。总之,同学们记住,切莫短路,但是有的短路则需要我们仔细辨别才能发现。
这个电路表面看起来并不是纯导线组成的,小灯泡似乎也接入了电路,不过这个电路此时电流的路径是这样的,电的流动只经过了电源、开关和导线,并没有通过用电器。原来只要电路中有任何一条路径能够不经过用电器直接连接电源的两极,那么电流就不会再通过用电器,这时电路同样是短路的状态。短路的识别确实需要格外仔细,老师把电路稍作改变,请你利用刚才学习的方法判断一下这个电路开关闭合后是短路状态吗?
通过观察我们发现,从电源的正极到负极有一条纯导线的路径,像如图所示,所以整个电路仍是处于短路状态。这种短路也叫电源短路,还有的短路只是一部分用电器被短路,此时只会引起部分用电器因短路不能工作,电路中的其他用电器仍可以继续工作。
同学们请看,这个电路中连接了两个小灯泡,我闭合开关,发现整个电路处处相通,两个灯泡都有电流通过,均能发光,是通路的状态。
现在我在灯 L1 的两端又多加根导线,两灯还都能发光吗?开关闭合,通过动画模拟可以发现,此时电的流动就直接通过这根导线绕过灯 L1,灯 L1 此时不能发光,它被短路了,这种情况就是部分用电器被短路。
经过以上的探讨,我们可以得出电路有三种状态:通路、开路和短路。你能辨别它们吗?如图所示的四幅电路图中,哪一个开关闭合后小灯泡能够发光呢?
师:好,我们来看一下 a 图,a 图中开关闭合后,这个电路是属于通路的状态,所以小灯泡是可以发光的。b 图中开关闭合后,电源的正极和负极被一条纯导线给连接了,所以这个电路是处于短路的状态,小灯泡是不能发光的。c 这个电路图就算开关闭合,电路在灯泡与开关之间也是处于开路的状态,LED 也不能发光。看 d 图,开关闭合后,电源的两极是不是被导线直接连接了?也是一种短路,LED 也是不会发光的。
