單刀雙擲開關在初中物理電學中的重要作用

李咸啟

2017年廣東省初中物理中考，很多學生說當一看到試卷上作圖題中的第3小題，一下子就懵了，沒見過單刀雙擲開關。近五年廣東省物理中考題中，有兩次考過家庭電路的作圖，一次是2012年聲控開關的接線，另一次是2015年插線板的接線。因此不少教師都猜測考查家庭電路的作圖，不外乎是插座或開關，而插座的接線方法是“左零右火中接地”，開關則接在火線與用電器之間。這些在中考前學生都反復訓練過，壓根沒想到這次物理中考偏偏考的是單刀雙擲開關。教師沒想到，學生自然就沒訓練過，這樣的考試結果也就可想而知了。其實單刀雙擲開關在初中物理電學中的作用至關重要，熟悉單刀雙擲開關，是理解電學中幾個主要知識點的前提與基礎，因此在教學中不能輕視與忽略。

《2017年廣東省初中畢業生物理學科學業考試大綱》（以下簡稱《大綱》）對安全用電這部分內容的要求是探究，《大綱》對探究的具體目標是：經歷體驗、實驗和理論等方式的科學探究，建立感性認識，表達見解和感受，能根據要求制訂計劃、設計實驗、搜集證據、分析論證，形成科學的價值觀。家庭電路是最常見、最基本的實用電路，電學中要求熟悉家庭電路的連接，并學以致用，不熟悉單刀雙擲開關的結構與作用，就很難達到探究的要求。

單刀雙擲開關的結構如圖1所示，它由動端（也叫動觸頭）和不動端（也叫靜觸頭）組成，動端也就是所謂的“刀”，它有兩種使用方法：一是把“刀”和右邊的不動端相連（如圖2），此時右邊的開關接通；同時這個“刀”還可以選擇與左邊的不動端相連，這樣左側的開關接通，此時右邊的開關是斷開的。因為刀的閉合方式有兩種，相當于一個“刀”可以控制兩個開關，所以叫單刀雙擲開關。根據單刀雙擲開關的結構與原理，就很容易作出在兩地控制一盞燈的電路圖（如圖3），其中的S1、S2是兩個單刀雙擲開關，可以安放在兩個地方。S1、S2兩個單刀雙擲開關的“刀”可以選擇與上面或下面的不動端相連，這樣就可以實現在兩地用兩個單刀雙擲開關來控制同一盞燈。

除了利用單刀雙擲開關實現兩地控制同一盞燈以外，單刀雙擲開關在初中物理電學中還有很多重要的應用，比如控制電動機的正反轉電路，在九年級物理課本第二十章“電與磁”第四節電動機中有道題目：設計一個電路，使電動機在人的操作下既能正向轉動，也能反向轉動。九年級教師教學用書中的參考答案如圖4所示，這個電路其實就是利用兩個單刀雙擲開關來改變流過電動機的電流方向，從而實現控制電動機正向轉動或反向轉動。但是如果不熟悉單刀雙擲開關的結構與原理，是無法理解這個電路的。

另外，九年級物理課本第二十章“電與磁”中第三節的主要內容是電磁繼電器（如圖5）。電磁繼電器的工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構成，其結構中高壓工作電路的觸點其原理就相當于一個單刀雙擲開關，只不過根據實際電路的需要，既可以把這個單刀雙擲開關中的兩個開關同時接入電路（如圖6），也可以只把其中的一個開關接入電路（如圖7）。與用單刀雙擲開關兩地控制同一盞燈不同的是，電磁繼電器中這個單刀雙擲開關的“刀”是由電磁鐵控制的。目前電磁繼電器已經廣泛應用于家用電器，弄清楚了電磁繼電器的高壓工作電路其實就是一個單刀雙擲開關，電磁繼電器的工作原理就容易理解了。

既然單刀雙擲開關在初中物理電學中應用廣泛，那在平時的教學中教師應該重視學生對它的理解與掌握，尤其是實驗訓練更要加強。用單刀雙擲開關在兩地控制同一盞燈的家用電路，可以做成一塊電路模板（如實物圖8），通電演示在兩地如何實現控制，斷電后再讓學生看電路結構。還可以用低壓電路（只要把交流電源改為兩節干電池，把220V的燈泡換成2.5V的即可，實物圖如圖9所示）來模擬，讓學生實際連線。學生通過自己實操，肯定能大大加強對單刀雙擲開關結構與作用的理解。為了進一步加強學生對單刀雙擲開關的訓練，還可以結合其他的電路，比如顯示發光二極管正向導通反向截止的電路，就可以用一個單刀雙擲開關來實現（電路如圖10，實物圖如圖11所示）。這些實驗都能在實驗室甚至課外讓學生自己操作，效果良好。

由此可見，單刀雙擲開關在初中物理電學中應用廣泛，要突破教學中的這個難點，關鍵是多設計一些能讓學生多動手的實驗。

責任編輯 羅 峰