2017-11-10

電池串聯燈泡更亮,學生:「電壓上升,與電流何干?」

上電流單元時,我遇到一個很大的問題是,電池串聯下,燈泡變得更亮,學生認為是電壓上升,他們不能理解電流也跟著變大,影響其功率,一則是歐姆定律還沒上、以及電功率。

問了
  • J 同事,她偏好這是一個實驗結果,以我們觀察到安培計接上時有注意到安培計變化、當然並聯伏特計時也會觀察到這變化,就是這樣的變化讓燈泡有不同的呈現。
  • Y 同事則建議利用類比的方式來進行,如車子從銀行載錢出去花費,載越多的錢可以換得更多物質(或稱能量消耗),車子回來銀行再載錢時,就相當於電池供電補充電位能的意涵,串的電池多、載的錢也多,所以電流也跟著變大。但沒有歐姆定律,有點難講。
  • L 同事回歸到水流來比擬,提昇的水多、流出來的也比較大、同時這些水的位能也比較高。

這篇文章記錄經歷是:
  1. 給學生實作電壓檢測。
  2. 電流檢測實作我來示範,遇上電流這個問題,接著我為了解決這問題,有學生問說那就趕快講電阻歐姆定律。
  3. 兩個小活動以連結電阻概念。
  4. 電阻值檢測。再回來講這個問題。

問題發生後,我以電子花車鋼管女郎的說法來類比:

電子花車上的鋼管女郎表演可以讓民眾很瘋狂,
類比為電池提高電位後的電流可以讓燈泡發亮,
群眾會因為一台緊接著一台的電子花車而愈加興奮(這是電池串聯),
興奮的不只是花車、還有上面的女郎們(這是電流總輸出)。

若車子並行前進,同一側的民眾只能看到一台而已(這是電池並聯),
因而並得越多台、裡面的女郎就越可以輪流出來,如此的表演就不會那麼累、可以表演得久一點(電池並聯可以延長作功時間),

若學生問電器並聯呢?
大概就是講成群眾分好幾群並排,想當然要讓那麼多群的人都看到,就必須派出更多的鋼管女郎(以此說明並聯電器耗電加快),
若群眾排成一長路,這一長路綿延10公里,那鋼管女郎當然沒力持續下去,群眾就很不high了(電阻大、電流小、電阻平均功率低)。

實作

爛電錶
在上電流前,因為實驗室實施補強工程,為一組一份、方便攜帶到班上實作,之前買的便宜小電錶(便宜到品質爛到一種極致)要來實作電壓的部份,但測試線不斷損壞,我把外殼挖洞、麵包線卡進去裡面,讓學生將測試線插在麵包板上來進行,小燈泡使用的是額定到6.2V(直流變壓器切到12V是也沒燒掉啦,只是給學生看電壓升高對燈泡亮度影響,時間不要太久就沒事),因為實驗室的鱷魚夾大多都硬化了,為了取代鱷魚夾,燈泡鎖到燈座後把銅片焊上針腳,以固定在麵包板上。
如何接電路得多講幾次,然後每次都有人問為什麼叫做麵包板
在上電壓的時候,增加電池燈泡可以更亮,我給學生用鎢絲燈泡、為了講解多個電器並聯串聯,方便搭配麵包板時,給了LED燈泡。電源的部份提供了三號、還有186505V行動電源,其中要充足說明安全使用方法如短路、不同形式電池最好不同時使用等。
把材料放進去回收飲料杯
電流實作跟電阻量測很像,我就乾脆跟下一個電阻的實作並在一起。

兩個小活動

南版 p.143 , book5
課本有個附註表格,呈現不同電流值通過人體的感受,實際用了低週波產生器讓學生感受肌肉不自主抽搐是什麼感受,利用加大的電流以及改變貼片間的距離,問受試者感受差異,如一開始為上臂,再來為上臂到下臂之間、再來是脖子後方到下臂,也將貼片貼在不同人身上,讓他們互握手或接觸不同部位,請受試者比較,這是當做下一個單元電阻的鋪路。
這位勇士放兩腿之間啊
比較跟表中不同的是,隨著電流變大,同學都是肌肉先抽搐、不自主、才會刺痛,不是像表格裡說的先刺痛才有後續,當然這麼寫是因沒考慮到電壓的部份,若是高壓低電流,當然也會刺痛。

然後跳到了第六冊的電流熱效應,說明若將剛剛的電流持續不斷增加會怎樣呢?

坤龍大師歡樂的七彩大熱狗上場啦!
操作時必得有安全考量上可切的開關,讓學生判斷叉子如何插效果才好?
實際觀察熱狗過程中哪部位有顏色變化、為什麼會沒熟?
接下來插LED燈泡,根據腳位走向與間隔距離猜對哪個會亮、為什麼有此差異?答對的可吃熱狗!
也可改變熱狗大小、或並聯串聯熱狗,問操作方法導致成為熟食的速度差異,整體下來會玩到一節課....

電阻檢測

要學生會用一個電錶,不斷地轉不同刻度、並切換並聯或串聯來量電壓電流、根據轉的刻度讀出不同的數值,有障礙。分組操作以來,大多是組內一個大家公認比較在狀況內的人動手,其他人依據他指示給予協助、看量測數據、記錄繪圖等,但還是會有下圖的狀況發生,學生會說:「老師爆表了唷,讀不出來唷」。
串聯兩顆,記錄電流
呃...轉盤指著 500 DCmA ,請串聯吧
嗯,我比較想爆他的頭。
到底是像課本那樣,給兩個錶比較好,對不對?而且考試的時候,電路圖就是要會配置,用課本的伏特計和安培計分開定比較符合考試目的,但真實狀況沒有人這樣做了唷....學生還是不會怎麼辦,教啊,反正電錶相對便宜....這樣嗎?

至於原本的問題解決了沒,或許吧,小考才知道,該說有歐姆定律真好嗎?

定影

為了防止這些殘留鹵化銀在日後繼續對光線敏感,定影劑將它們溶解和清除,只留下顯影後的金屬銀。使圖像在光線下穩定且永久保存。 以 AP 顯影罐為例,300 c.c.溶液中 , 20 % 硫代硫酸鈉 = 60g 硫代硫酸鈉  + 240g 水 硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)和溴化银(Ag...