人教版（2024）九年级全册 16.5 跨学科实践：制作简易调光台灯 学案

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【学习目标】
1. 能根据自己的设计需求选择合适的小灯泡作为光源
2. 能够选择合适的变阻器
3. 能够根据所学知识设计并制作出有一定实用性的小台灯
4. 能通过所学公式解决实际问题
【自主学习】
一、项目分析
综合考虑安全性和材料的可获得性，可以选择小灯泡或者发光二极管作为光源。通过改变电源电压或采用电位器来改变光源两端的电压，进而改变光源的亮度。另外在台灯结构稳定性、照明效果和范围、电路安全性、移动和调节的便利性以及节能环保等方面加强实用性。
二、项目实施
1. 设计台灯：
（1）选择光源：实验室用的小灯泡可以作为光源。另外，市面上很容易买到各种型号的发光二极管，也可以作为光源。
（2）选择变阻器：制作简易调光台灯的关键是改变台灯的亮度，这可以通过改变灯泡两端的电压来实现。在串联电路中，利用变阻器能够改变电路中的电阻，从而改变灯泡两端的电压，由此改变灯泡的亮度。
（3）设计电路：设计调光台灯的电路，选择合适的电源、小灯泡和变阻器，电源电压和小灯泡的规格要匹配。
注意：正常发光电压为2.5V或3.8V的小灯泡电阻都不大所以电位器，或滑动变阻器的最大阻值选择就不能太大，不然调光的效果就不太好。
（4）设计支架和灯罩：画出你设想中台灯的草图，各个器件要安排紧凑，使台灯美观、结实，便于移动。尽量选用方便易得的材料作为台灯支架，使做出的台灯能稳定地立在桌上。灯罩需要具有较好的反光性能。
2. 制作台灯
（1）准备材料：电池盒(或直流电源)、开关、电位器、灯泡（发光二极管）、导线、底座、PVC管、灯罩等。
（2）制作步骤：按照设计方案安装各个器件，连接电路。检查电路，闭合开关，看看怎么调节变阻器会使小灯泡越来越亮。 如图是一位同学制作的简易调光台灯，可供参考。他把电池盒、开关、电位器固定在一个底座上， 找一根金属（或塑料）管或小木片，管的一端固定小灯泡，使小灯泡的导线从管中穿过，管的另一端也固定在底座上。最后还制作了一个灯罩，扣在小灯泡上。
3. 注意事项：
（1）调光台灯的亮度能够连续调节；
（2）尽量选用方便易得的材料作为台灯支架，使做出的台灯能稳定地立在桌上，灯罩要具有较好的反光性能；
（3）要正确连接电位器；
（4）注意安全，在调节的过程中要避免损坏小灯泡，焊接导线要牢固，防止接触不良或短路；
（5） 如果找不到某些器材和工具，想一想能否用其他器材代替；
（6）制作过程中可能会遇到许多原来没有想到的问题或发现原来设计方案中的不足，请共同商议解决方法或调整设计方案。
三、改进建议
1. 台灯的灯罩设计成凹形，应用了凹面镜会聚光，增强灯光的反射；2. 将台灯的支架做成可折叠的，提高台灯实用性；
3. 使用为数字电位器更换机械式电位器； 4. 可以把电池换为容量更大的充电电池或充电宝，延长使用时间
【例1】晓雯同学利用闲置物品自制如图甲所示的调光小台灯，图乙是其电路原理图，使用两节新干电池串联作为电源（电源电压为），L是小灯珠，标有2.5V 0.5A字样，R是由镍铬合金丝制成的最大阻值为的变阻器，指针P是金属滑片。下列说法正确的是（　　）
A．变阻器R的工作原理是改变了电阻丝的总长度
B．指针P顺时针调节过程中灯泡变暗
C．指针P逆时针调节过程中变阻器R两端电压变大
D．为了防止灯珠烧坏，调节时变阻器阻值不能小于
【例2】如图所示，甲为小明自制的一个模拟调光台灯，电位器是调节其亮度的装置；乙为电位器的内部结构示意图，a、b、c是它的三个接线柱，旋钮带动滑片转动。若顺时针旋转旋钮时灯泡发光变亮，则需将 （选填“a和b”、“a和c”或“b和c”）接线柱接入电路。现有电压为9V的电源，将一个标有“6V、3W”字样的小灯泡接入此电路中，为使小灯泡正常发光，需在此电路中 （选填“串联”或“并联”）一个阻值 Ω的电阻。
【例3】图甲是同学们自制的调光小台灯，图乙是台灯的电路原理图。电源电压为3V，R是调节亮度的变阻器，最大阻值为10Ω。灯L标有“2.5V；0.5W”字样。忽略温度对电阻的影响。求：
（1）灯L正常发光时的电阻；
（2）灯L正常发光时，变阻器R工作10min产生的热量；
（3）电源电压降为2.7V后，灯L的最小实际电功率。
【课后巩固】
1．小明的书桌上有一个调光书写台灯，台灯上调节灯光亮度的旋钮实质上是一个（ ）
A．电源 B．电流表 C．开关 D．变阻器
2．某调光台灯简化电路图如图所示，电源电压保持不变。为使台灯变亮，滑片应向 端移动。台灯工作一段时间后，发现无论怎样调节滑片，台灯一直很亮且亮度不变，电路发生的故障可能是滑动变阻器 。
3．某同学准备利用所学物理知识制作一个简易调光台灯。
(1)能改变接入电路中电阻大小的元件叫做 ，其中有一种是学生实验室中常用的滑动变阻器，如图甲所示；还有一种是如图乙所示的电位器，其内部结构如图丙所示，它们都是通过改变接入电路中电阻丝的 来改变接入电路中电阻大小的；
(2)学习完“练习使用滑动变阻器”后，该同学从网上买了一个合适规格的电位器，准备制作一个简易的调光台灯。如图丁所示，若要使旋钮顺时针转动时台灯变亮，则应将电位器的 两个接线柱分别与电路中的M、N两点相连，闭合开关后，旋转旋钮，台灯 （填“能”或“不能”）完全熄灭。
4．小华自制小台灯的电路图及灯泡规格如图所示，调节开关从触点0依次转动到3的过程中，灯泡的亮度将 （选填“变亮”、“不变”或“变暗”）。已知R1、R2、R3的电阻相同且等于灯泡电阻的一半，则灯泡电阻是 Ω，最小实际功率是 W。（设灯丝电阻不变）
5．图甲是同学们自制的调光小台灯，图乙是台灯的电路原理图。电源电压为3V，R是调节亮度的变阻器，最大阻值为10Ω。灯L标有“2.5V 0.5W”字样。忽略温度对电阻的影响。灯L正常发光时的电阻 ；电源电压降为2.7V后，灯L的最小实际电功率 。
4题图 6题图
6．在学校科技节上，甲、乙两组同学各自设计了一个灯泡和滑动变阻器串联的调光电路，同时还想研究灯泡亮度改变时电功率的变化情况。老师提供的器材有：“”和“”两种规格的灯泡（灯丝电阻随温度的升高而增大）、滑动变阻器，电流表和电压表、开关、导线若干、电源（电压相等且保持不变）。两组同学连接好电路后，调节滑片过程中电表示数都发生变化，当两组电路的灯泡都正常发光时，恰好电压表示数均为，电流表示数均为，并且甲组的灯泡比乙组的暗。
(1)甲组所测小灯泡的额定功率为 W；
(2)请将甲组同学设计的电路图补充完整（如图） ；
(3)两组同学所使用的电源电压是 V；
(4)调节滑动变阻器的滑片，使两组电路中小灯泡两端的电压均为时， （选填“甲组”或“乙组”）灯较亮；
(5)乙组同学在研究灯泡电功率变化情况时，想通过测量来比较以下两种情况灯泡电功率的大小关系：①灯泡实际电压为额定电压一半时的电功率；②灯泡实际电流为额定电流一半时的电功率。老师告诉他们不用测量也可以比较，同学们经过分析得出与间正确的关系是： （选填“大于”、“小于”或“等于”）。
7．如图所示是同学们自制的简易调光小台灯的电路原理图，电源电压恒为6V，灯L标有“6V，3W”的字样，O为半圆弧电阻MN的圆心，金属滑片OP为半径，与半圆弧接触良好，金属滑片OP的阻值忽略不计，接入电路的电阻RMP与指针旋转角度θ成正比，忽略温度对电阻的影响。
(1)求灯L正常发光时的电阻；
(2)调节θ为90°时，电压表示数为2V，求此时电阻RMP的阻值；
(3)调节θ，求灯L实际功率变化范围。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。试卷第1页，共3页
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【参考答案】
自主学习
【例1】C
【例2】b和c 串联 6
【例3】（1）12.5Ω；（2）60J；（3）0.18W
课后巩固
基础练习
1. D
2. 左/A端 短路
3. (1) 变阻器 长度；(2) b、c 不能
4. 变暗 6 3.84
5. 12.5Ω 0.18W
6. 0.75 6.3 甲组 大于
7. (1) 12Ω；(2) 6Ω；(3) 0.75~3W
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