用電安全_漏電演示教具製作方法

使用過程可以參考這兩篇
接地線接法、漏電斷路器模擬
電路圖如下

在火線和中性線都接上一個開關
可以模擬不同開關位置的影響
只要直接動到家用電
不要懷疑，一定要加上保險絲
我不會用到大電器，所以只用0.25A就好

從外電路要先經過漏電斷路器
在利用一個雙切開關分別加上3K和10M歐姆的電阻
模擬沒有漏電、小漏電(約0.001mA)、大漏電(約37mA)的情況

從漏電斷路器到電燈的部分(火線、中性線、接地線)也都用連接器
方便模擬各種情況

小漏電時驗電筆仍可量到電壓，但漏電斷路器不會動作
但如果切到大漏電，漏電斷路器就會馬上跳脫了

我很喜歡這種教具!!
不過...根據以往經驗，這種型的學生最不愛

電解水裝置

這也是一個已經玩到膩的東西...
最早是從方金祥老師那裏學來的
後來改了許多製作方法
不過基本概念都還是來自方老師

以前教師節都會送這些食之無味棄之可惜的保鮮盒
(總比現在啥都沒有好...)
總算拿來用了

上蓋用美工刀割出10ml針筒直徑的圓孔兩個
兩個要留一些距離
塗熱熔膠時才能比較密合
尾巴再用透明片捲成圓筒狀加長

最後要打一個透氣孔
再用塑膠管作出兩個針筒的塞子
電極的部分用不鏽鋼珠針最方便了

最後長成這樣

電解看看，2:1的氫氧體積比非常準

再利用塑膠管將氫氧混合吹出泡泡
一點火~~氫氧鞭炮就完成了!!

1/22 SEP10在高雄，就作這個囉~~
歡迎大家報名~~

用電安全_漏電斷路器模擬

前一篇提到接地線的功能和開關配置的位置
所以如果能有將接地線有效的配置(接在金屬物件或鐵窗之類的效果是不好的)
不是只有拉一條綠線出來當安慰劑
那漏電所發生的觸電情況就能有效降低
即使開關插錯也可以發揮功能

但這只是被動的預防
因為漏電的現象還是存在
電也不會因為這樣的危險主動切斷
因此發明了叫作漏電斷路器(ELB)的東西(我被這個東西救了好多次，真的強力推薦!!)
這東西和無熔絲開關不同
無熔絲開關是預防短路或不正常大電流通過時將電路切斷
但若是因為潮濕或電線老化裸露
或任何不知明原因造成電流沒有完全在封閉的電線中傳遞
除非漏電電流極大，讓無熔絲開關跳脫
否則無熔絲開關是不會有任何動作的(一般的漏電就是這種現象)
這時就要靠漏電斷路器來幫忙了

一般漏電斷路器會裝在插座迴路上
或是單獨用在可能發生漏電的電器電路上(大型洗衣機或是抽水馬達或是電熱水器等)
當火線電流和中性線電流不相等時
就可能是漏電的狀況
一般設計是差30mA時就會動作
也有其他更靈敏的RCCB可供選擇

影片顯示了漏電30mA以下時，ELB沒有動作
但如果漏電超過30mA
ELB就會在0.1秒內跳脫將電路切斷
非常安全又聰明的主動裝置

通常裝在電箱內
大家可以檢查看看是否有這樣的東西

若沒有....
真的強力建議請合格的電工師傅幫忙安裝啊~~

用電安全_開關與接地線的接法

用電安全是非常重要的教育
但在理化課的這個單元，卻經常輕描淡寫的帶過
當然，這絕對不是一件三言兩語可以交代過去的事
之前寫過一篇延長線的使用，還有電線怎麼收
很多人搞不清楚電器上面那條綠線的功能
許多用電的常識也不清楚
災難往往就這樣發生了

基本上一般家用的110V交流電標準應該要有三條線
火線、中性線、地線
詳細功能請參閱延長線的使用這篇，就不再多述
為了讓孩子們能更清楚瞭解這些線和開關的正確用法
重新設計了一個教具(我自己好喜歡這個)
讓老師可以在安全的情況下演示出漏電的效果
以及接地線的功能，還有開關怎麼接才安全

勞動部勞動及職業安全衛生研究所有一張很棒的圖
說明的非常清楚

1.開關在火線，插頭方向是對的
打開漏電開關模擬電線裸露碰到電器外殼
(1-1)電器接地線和插頭接地線相連

通電時，用驗電筆碰觸電器外殼，沒有偵測到電壓

斷電時，沒有電壓

(1-2)電器接地線獨立接在大型金屬物件上

通電時，用驗電筆碰觸電器外殼，仍有電壓(約數十伏特)

斷電時，沒有電壓

(1-3)沒有接地線

通電時，用驗電筆碰觸電器外殼，有明顯的電壓(約100伏特)

斷電時，沒有電壓

2.開關在火線，插頭方向是錯的
這件事很容易發生，因為我們很多兩支型的插頭是沒有防呆功能的
電器仍然可以正常運作(但實際上電器開關變成在中性線上了)
打開漏電開關模擬電線裸露碰到電器外殼
(2-1)電器接地線和插頭接地線相連

通電時，用驗電筆碰觸電器外殼，沒有電壓(其實這和1-1實驗是一樣的情況)
斷電時，沒有電壓

(2-2)電器接地線獨立接在大型金屬物件上

通電時，用驗電筆碰觸電器外殼，仍有電壓(約數十伏特，和實驗1-2一樣)
斷電時，仍有電壓(約數十伏特)，這就有危險了!!因為斷電通常會讓人失去戒心

(2-3)沒有接地線

通電時，用驗電筆碰觸電器外殼，有明顯電壓(約100伏特，和實驗1-3一樣)
斷電時，同樣有明顯電壓(約100伏特)，這是最危險的情況

3.開關在中性線，插頭方向是對的
這種情況通常發生在舊屋或學校
自己找電工師傅多拉一條線出來連接電器或分出插座
若電工師傅沒有詳細檢查火線和中性線是哪一條，就會出現這種情況
出來的情形就和第2點是一樣的

4.開關在中性線，插頭方向是錯的
歪打正著，變成和第1點一樣了

寫太多了
詳細的製作方法和漏電斷路器(這個很重要也很厲害)的功能就等下一篇再說了

歐姆定律教學

一樣直接從實驗開始
但因為之前已經玩太兇，學生也累了...
加上整個實驗裝置需要有高功率又能調電壓的電源
實在很難準備十組
因此直接紀錄老師的實驗數據就好(之前試作的)
(整個實驗就是調整電壓，紀錄電流而已...，很無趣)
把學習表現放在數據處理與分析上

一個是燈泡、一個是LED
調整電源的電壓，紀錄通過的電流大小
數據會跳，如何取捨要有方法
再來要將兩組數據用圖來呈現
電壓電流何者當X軸和Y軸？
也是很多學生搞不清楚的地方
基本上我們會習慣操縱變因是X軸
應變變因(實驗結果)當Y軸
就好比數學上未知數通常為X，Y則是代入X的結果

光是這個步驟也花了學生十多分鐘
雖然之前軌跡圖已經練習過
但許多學生對於把數據用圖形表達還有很大的困難
只能有機會就多多練習了(機會是老師要刻意製造的)

兩張圖有明顯的不同
你能說出有何差異嗎？
可以直接解讀圖形結果就好

後續還是要靠老師協助
這種圖形分析一般國中生很難可以獨力完成
從數學的角度來看
斜直線代表甚麼？
...所以V/I是一個定值，V/I就是R的定義
歐姆定律就出來了
但當初歐姆在定義時是電阻溫度必須維持不變
我們的實驗有作到這樣嗎？
沒有！但燈泡的V-I的圖是很接近歐姆定律的

再看看LED的圖
明顯V/I不是定值(圖形不是斜直線)
因此LED是不遵守歐姆定律的

回家再完成V-R的圖形
R值用計算機就好，不需要花時間在"計算"這件事
你會發現另一個有趣的結果

燈泡的電阻其實還是會隨著電壓上升而上升
並非真的為定值
為甚麼會這樣？(這就是真實的世界)
雖然是同一個實驗(數據)
不同的圖形的分析，可能會讓你得到不同的結果
(人生也是如此啊~~不同的角度切入就會有不同的想法)
這也是數據分析最重要的地方

同樣的
LED的V-R圖更可以明顯看出在某個電壓後電阻瞬間變小了

這些科學上的訓練不需要拿甚麼特別的素材
就是課本要教的學習內容
過程中不斷練習科學方法，實驗紀錄也是用學習表現的內容來呈現
課上完，內容也教完
但，過程中的科學精神也慢慢灌輸到學生心中...
至於學生真能吸收到多少...我努力了
只要有兩三個，就值了

電熱打火機與熱複棒合一

很多東西最後都會整合在一起
其實概念都是簡單的
只是當時是隔了一些時間各自開發
但需要用到時就會發現許多零件可以共用
不但更方便，也更節省成本了
電熱打火機和電熱複棒二合一就是其中一例

把電熱打火機再加上充電板，會更方便
電熱絲也用接頭來更換
基本上就可以萬用了

請好好把課上完

前一陣子聽到某位小有名氣的老師說到
「我根本不屑上課本的實驗...我所有的實驗都是自己設計的...」
彷彿用課本上課就遜掉了
都自編教材才能顯現出自己教學的獨到之處
忽然又聽到這位厲害的老師繼續講
「就像某某神人老師一樣，他(她)也都是自己設計的教材....」
诶~~他口中的神人老師不就是某某書商的編審委員嗎？

接下來，這位厲害的老師把與會的老師當學生
操作了一個讓現場老師都搞不定的探究題目
「這就是我們應該有的課堂風景....」
「我們就應該這樣讓學生自己去摸索找出答案...不要怕課上不完，"上會"比"上完"重要....」
但...這根本和我們課堂的教學內容扯不上關係啊~~
(當然這種話一定被反駁，因為只要是科學就扯得上關係)

首先我必須說，"上完"很重要
因為你的對象不是資優高中生，也不是理學院的大學生
不要老是說二十年後你會感謝我
因為學生二星期後的段考就完蛋了
在國高中階段，把課上完是老師基本應該作的
不要為你的偷懶找藉口

然後，我花了大把時間就是希望吸收、討論"課堂教學"如何進行
而不是體驗一個你自認為有趣的科學活動
而且這個活動是無法對一般學生進行的
因為如果對老師而言都有難度
只會搞死學生，讓他們產生更大的挫折感
因為我永遠想的答案都是錯的...
就老師你最厲害...(不就好棒棒)

把老師當學生的活動一定是重新設計過的
不見得適用在學生身上，甚至是跳脫現有教材的

最後...好好把課上完有這麼low嗎？
好好討論現有的教材教法不行嗎？
我是老師，不是你的研究生

後記

然後...請大家別誤會(解讀)我只在乎把課上完，不管學生會不會

我們當然希望每個學生都"學會"(有誰不想啊~~)

但學會這些科學知識或是某些科學技巧(方法)真的不是每個學生都必須且必要的

我們努力作到，但不代表一定會百分之百達到

老師我真的努力了

若不能讓"每個學生都學會"

也請饒了我吧...

三用電表的教學

當然，之前已經先教過標準伏特計和安培計的接法與注意事項
但真正讓學生練習操作的是三用電表
這才是真正讓電學接地氣的工具

基本上要先從認識三用電表開始
包含段位的代號，數字與單位的意義(物理量)
螢幕顯示的意義，超過範圍顯示甚麼？正負接錯又會出現甚麼？
更重要的是測量電流時特別要注意的地方(其實這後來也出現了一些插曲)
這些東西不用探究，知道就好
不要甚麼都要冠上探究的大帽子

再來就要進入測量了
連接一個燈泡，利用三用電表測出電壓和電流
再利用這兩個數字計算出電阻
所需的材料自己拿

光是這樣簡單(對老師來說)的步驟，就超過一半的學生不知所措
一桌一桌慢慢教，學生也因為這樣更札實的學
師生的關係也因為這樣的教學，在這兩堂課更緊密的連結

再來用三用電表的電阻檔位直接測量燈泡電阻
「計算值」和「測量值」一樣嗎？
如果不一樣，你認為哪個是正確的？
讓學生預先討論並寫下想法
數據的處理在這裡是學習表現最想凸顯的地方
只有兩個數據，你能說是誰對誰錯嗎？
當我們收集了全部組別的答案
如何判斷哪些是可以在數據處理前就直接當作誤差過大刪除的？為甚麼？
結果學生的結論是測量值和計算值都是可信的
那問題出在哪裡？
回想實驗過程中是不是有甚麼條件我們沒有控制好？
再從中萃取出可能的選項進一步分析

...
「有接電池和沒有接電池
「所以燈泡有不同嗎？」
「一個有亮一個沒亮！」
很好，終於引導出這個方向

後續再切入影響金屬導線的原因，長度、粗細和溫度
這三個因素都可以用非常直觀的實驗來呈現

現象出來了，答案也就昭然若揭(也不是每個環節都硬要和探究扯上關係)
溫度越高，電阻越大
回頭再來看我們的計算值和測量值
學生很快進入狀況了
「原來我們量到兩個不同的東西，難怪結果差這麼多~~」

影響金屬導線的教學完全融入在這個實驗過程中
也不需要再額外找時間教了

最後給他們一個挑戰題
查出哪幾條線是斷的？
這在日常生活中是經常會用到的技巧
也是三用電表最厲害的地方之一
如何測？不用教，因為考試也不會考
但學生卻能找到他們自己的方法
給他們成就感才是學習最大的動力!!

最後學生的回饋卻讓人很感慨...