“电能是从哪里来的”实验装置改进与制作

摘要

教材中“电能是从哪里来的”这一探究活动的实验装置在实验时无法达到预期效果。自制改进了3种实验装置，改进后的实验装置以及装置的拓展使用有效提升了分组探究的效果，可将不易见或不可见的实验现象变得可见，深化了学生对“电能是从哪里来的”这一科学问题的思考与认知。

Graphical abstract

关键词

小电动机 / 发电 / 电流 / 电能 / 实验装置改进

新教科版教材六年级上册“能量”单元第7课“能量从哪里来”一课中的探究部分由两个活动组成。在实际教学中，笔者按照教材上的方法进行实验，无法用小电动机点亮小灯泡。笔者通过研读六年级上册《科学教师教学用书》发现，在本课的“教科书解读”板块中有两个提示。①尽管学生可能最终未能点亮小灯泡，但是他们获得了“发电机”发电的直接感受和对发电这件事的兴趣。②当无法点亮小灯泡时，不能妄下定论，要引导学生用通电线圈绕在指南针盒上制成灵敏的电流检测器，通过磁针的偏转判断是否有电流产生^［1］。可见，该实验的成功率不高甚至不成功是在编者预料之中的。笔者在实际教学中曾多次按照《科学教师教学用书》的建议引导学生“借助电流检测器帮助判断是否有电流产生”，可总达不到理想的教学效果。在该实验中，实验现象不够明显，而且对于小学生来说，实验现象也不够直观。

笔者对该实验进行了改进，尝试用小电动机来发电。现将制作该改进实验装置的方法详述如下。

1 材料准备

300小电动机、发光二极管、小灯泡、小灯座、太阳能小车各1，导线若干。选材说明：选择合适的实验材料是探究活动能否成功的关键。首先是小电动机的选择，笔者尝试用130、140、260、280、300等多种型号的小电动机来点亮小灯泡，发现用300小马达比较合适。其次是发光体的选择，实验证明小灯泡和发光二极管均可。

2 制作与使用

将300小马达、小灯泡、发光二极管配以导线等材料进行组装，可以得到多种实验装置，且每个装置都可以让小电动机发电并点亮发光体。

2.1 实验装置一

制作方法：将300小马达、小灯泡、小灯座、导线组成一个简易电路（图1）。

使用方法与效果：在使用此装置时，仅用手转动小电动机的轴时，无法点亮小灯泡；用线绕在小电动机的轴上并拉动转子，可以点亮小灯泡。

2.2 实验装置二

制作方法：将300小马达、发光二极管、导线组成一个简易电路（图2）。

使用方法与效果：在使用此装置时，仅用手转动小电动机的轴就可点亮发光二极管。值得注意的是，使用该装置时如果用线绕在小电动机的轴上并拉动，发光二极管有可能因电流过大而被烧坏，实验时应尽量避免。

2.3 实验装置三

制作方法：简易太阳能小车1辆（图3，主要由太阳能电池板、300小马达、接线柱、导线、车轮、车轴、齿轮等组成），发光二极管1只。

使用方法与效果：先将太阳能电池板的两根连接线断开，再将发光二极管与小电动机连接成一个简易电路，接着转动车轮带动小电动机转动就可使发光二极管发光了。在该装置中，由于在太阳能小车上运用了轮轴和齿轮，我们转动转子时就更省力，转速也更快，且能够连续转动小电动机使发光二极管发光。

学生通过实验一和实验二的装置发现，转动小电动机的轴可以发电，但是发电时间很短暂；而采用装置三则能使小电动机的轴连续转动，使其源源不断地发出电来。这时，学生对“当小电动机被用来发电时，它就是发电机了。发明发电机后，人们就能够把其他不同形式的能量大规模地转换成电能了”这一科学认知进行升华。

3 拓展运用

在探索活动2“电能是从哪里来的”这部分内容中还简单介绍了太阳能飞机利用机翼上的大面积太阳能电池板将太阳能转换成电能，以维持飞行。这样的资料阅读因学生缺少感官上的体验，只能作为知识拓展来运用。教材的拓展部分建议：“组装一辆太阳能驱动的小车，并测试一下。”为了丰富学生的亲历体验，笔者借助太阳能小车开展了拓展教学——用太阳能来发电。用太阳能小车进行实验时，先将小电动机的两根连接线断开，再将太阳能电池板与发光二极管用接线柱连接成一个简易电路，接着将太阳能小车的太阳能电池板面向阳光摆放，发光二极管就能持续发光了。如果在室内开展实验，学生只需用手电筒照射太阳能电池板就可使发光二极管发光。

综上所述，在“电能是从哪里来的”这一探索活动的教学中，教师可根据自身教学需要与教学实际选择合适的实验装置引导学生进行探究。同时，“用太阳能来发电”这一拓展活动使学生亲身体验了发电方式的多样性，深化了对“电能是从哪里来的”这一科学问题的思考与认知。

设计了3种具有拓展性的恒定控制系统电路模型，教师可以在此基础上将其拓展应用于教学。学生也可以在学习以上电路的过程中触类旁通，举一反三，深入理解电子控制系统的设计思想，提升电路设计和实践的能力。

参考文献

[1] 郁波.义务教育教材科学教师教学用书六年级上册［M］.北京：教育科学出版社，2020. （上接第97页）

[2] 原理简析：R_t1、R_t2为负温度系数温敏电阻，R₁、R₂为可调电阻，R₃、R₄为定值电阻，R₅为电热丝，C为电容，VT为NPN型三极管。当温度达到温控下限时，2脚、6脚电位均小于1/3U，3脚输出高电位，VT导通，电热丝加热，温度回升；当温度介于温控上下区间时，2脚电位大于1/3U、6脚电位均小于2/3U，3脚保持高电位，电热丝继续加热；当温度达到温控上限时，2脚、6脚电位均大于2/3U，3脚输出变成低电位，VT截止，电热丝停止加热。如此，温度被控制在一定范围内。如希望调节温控的上下限，则调解R1、R2的阻值即可。

[3] 结语