低成本模拟人体触电实验仪研发及应用

    彭妙 谢桂英 余耿华

    

    

    

    摘 要：文章作者在教學实践中发现，没有实验的辅助，学生在安全用电这一节课的学习过程中容易停留在“看热闹”的层面，导致学生对人体触电本质的理解不够深入和透彻。自制低成本模拟人体触电演示仪，并应用于教学，可以取得好的教学效果。

    关键词：低成本;模拟人体触电;研发应用

    中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：2095-624X（2020）23-0010-02

    一、教材实验分析

    大多数物理教师使用人教版课本对学生进行安全用电教学时完全采用的是看图进行理论分析的方式，还有一些教师依赖播放视频这种教学方式授课，没有相应的配套实验仪器辅助教学。而物理新授课的课堂离开了实验，学生的学习效果就会大打折扣。而且笔者在教学实践中发现，如果没有实验的辅助，学生在安全用电这一节课的学习过程中就容易停留在“看热闹”的层面，导致学生学习效果不佳。

    二、模拟人体触电演示仪的研发与制作

    1.材料

    9V充电干电池、家用红色4平方毫米铜芯线、薄铁皮1块、鳄鱼夹3个、铁丝1根、木板1块、J1206-1型电子开关式感应圈、多用电表、毛巾1条、12VLED灯1个、布玩偶2个、塑料块1个。

    2.制作流程

    用9V的电池模拟发电站，电池的正极接模拟高压线→接模拟变压器→接模拟火线，电池的负极接模拟大地（铁皮），零线模拟户外接地，如图1 。在一个玩偶身体上连接一个额定电压12V的LED灯、正极用导线接右手、负极接左手和双脚，其中左右手分别焊接一个鳄鱼夹，如图2。

    3.模拟人体触电演示仪的操作流程

    把玩偶的一只手夹在红色导线上，玩偶站在地面（铁皮）上，此时LED灯亮（表示单线触电）。

    把玩偶的一只手夹在红色导线上，玩偶站在绝缘凳（塑料块）上，此时LED灯不亮（表示人体安全）。

    把玩偶的一只手夹在红色导线上，玩偶站在绝缘凳（塑料块）上，另一只手夹在绿色导线上，此时LED灯亮（表示双线触电）。

    把裸露的铜线搭在红色导线和湿润的棉布上，演示高压线坠落在地面，然后用多用电表测量落点与其他表示地面的点之间存在的电压（表示跨步电压触电），如图3、图4。

    断开与铁皮相连接的导线，取出9V干电池，将J1206-1型电子开关式感应圈（如图5）电极两端分别接到红色线和铁皮上，把插有铁丝的玩偶放在铁皮上，给感应圈通电，观察到玩偶与红色导线之间有火花，同时听到啪啪声（表示高压电弧触电）如图6。

    4.模拟人体触电演示仪的优点

    该仪器的材料获取方便，制作方法简单，携带也方便，又可以将授课方式由看图分析转化为实物模拟演示，激发了学生极大的学习兴趣，实验效果明显，现象分析与结论的结合度得到加深，大大提高了教学的效率。

    三、模拟人体触电演示仪使用的教学应用片段

    1.导入情景

    师：当人体（玩偶）不小心触碰到了火线，就会发生触电。由于触电是不可能直接演示的，因此今天我们只能借助一套自制的仪器来模拟触电现象了。

    2.介绍器材

    师：我用9V的电池模拟发电站、电池的正极接模拟高压线→接模拟变压器→接模拟火线，电池的负极接模拟大地（铁皮）、零线模拟户外接地。将这个玩偶身体上连接一个额定电压12V的LED灯、正极用导线接右手、负极接左手和双脚，其中左右手分别焊接一个鳄鱼夹。

    3.师生互动

    师：当人体（玩偶）不小心触碰到了火线，就会发生触电（演示如图7，此时LED灯亮），谁来描述一下电流流过人体的路径？

    生：电流从电源的一端出发，经过高压线，经过变压器，经过火线，然后通过人体流到大地，再经过大地回到电源。

    师：当人体（玩偶）不小心触碰到了火线，就一定会触电吗？谁来帮我演示人体接触到了火线却没有发生触电的情况？

    生：不一定。（学生经过不断尝试，在玩偶的下方放置一块塑料块后，LED灯熄灭）。

    师：如果此时人体的另一只手不小心触碰到了零线，人体会触电吗？如果触电，谁来描述一下电流流过人体的路径？

    生：会触电，电流会流经人体左右手（学生在教具中指出电流的路径），如图8。

    师：某些情况下，高压线坠落在用湿棉布模拟的地面上，人从旁边走过时会触电吗？如果触电，谁来描述一下电流流过人体的路径？

    生：会触电。电流从一只脚的一端流经胯部再流到另一只脚回到大地，可能发生触电。

    师：从以上的触电原因，我们分析可以知道，触电都是由于人体直接或间接接触了带电体引起的。那么人体只要不接触带电体就是安全的，对吗？有没有什么生活经验支持你的观点？

    生：错。比如闪电。

    师：对了，接下来我们来演示，看看“人体”不接触带电体，是怎么发生触电的呢？

    教师演示高压电弧触电原理，如图9。

    4.实验小结

    师：通过以上的分析，人体都是由于什么原因触电的呢？

    生：由于人体直接或间接与带电体接触，有较大的电流流过了人体而触电。

    5.实验评价

    在实验仪器的辅助下进行教学，课堂上，学生会更愿意投入到对实验仪器的关注和学习的过程中，使得理论可以较好地结合实际，学生学习的兴趣明显提高，学习效率也明显提高。学生对人体触电本质的理解也更加深入和透彻。借助创新实验器材的教学，在培养学生科学知识、科学方法、科学精神与态度、科学应用四个方面，为学生今后的生活和工作做了准备，使学生养成终身发展所需的品格与关键能力，为形成学生的物理学科核心素养打下了坚实的基础。

    6.教学反思

    实验仪器的创新使用，为不可体验的实验提供了模拟教具，为实现安全用电教学提供了有效的课堂保障。模拟人体触电演示仪在课堂教学的过程中帮助学生重新认识了“触电”的含义;逐步构建了安全用电知识网络;更加深刻认识和巩固了电流流向法的应用;促进了师生情感互动和交流。学生经历了科学精神和科学态度的内化过程，实现了培养核心素养的目标。该教学策略为学生的终身发展和持续发展奠定了基础，促进了教师的专业成长。

    [参考文献]

    [1]马 波.高压触电防护措施的研究与应用[D].北京：华北电力大学，2014.

    [2]黄尧锐.人体触电的模拟实验[J].物理教师，1989（2）：24-25.

    [3]刘 宇.安全用电实验演示装置探究[J].当代教育理论与实践，2015（9）：24-26.

    课题项目：广州市第三批市教育系统创新学术团队“中学物理演示实验改进创新及其在教学中的应用研究”（1201630019）。

    作者简介：彭 妙（1983— ），男，湖南岳阳人，中学二级教师，本科，研究方向：初中物理教学;

    余耿华（1976— ），男，广东兴宁人，中学高级教师，硕士，研究方向：实验教学、迷思概念、实验改进创新。

    通信作者：谢桂英（1976— ），女，广东广州人，中学物理高级教师，研究方向：初中物理实验教学。