資源簡介

/ 讓教學更有效 精品學案 | 物理學科
【學習目標】
1. 能根據自己的設計需求選擇合適的小燈泡作為光源
2. 能夠選擇合適的變阻器
3. 能夠根據所學知識設計并制作出有一定實用性的小臺燈
4. 能通過所學公式解決實際問題
【自主學習】
一、項目分析
綜合考慮安全性和材料的可獲得性，可以選擇小燈泡或者發光二極管作為光源。通過改變電源電壓或采用電位器來改變光源兩端的電壓，進而改變光源的亮度。另外在臺燈結構穩定性、照明效果和范圍、電路安全性、移動和調節的便利性以及節能環保等方面加強實用性。
二、項目實施
1. 設計臺燈：
（1）選擇光源：實驗室用的小燈泡可以作為光源。另外，市面上很容易買到各種型號的發光二極管，也可以作為光源。
（2）選擇變阻器：制作簡易調光臺燈的關鍵是改變臺燈的亮度，這可以通過改變燈泡兩端的電壓來實現。在串聯電路中，利用變阻器能夠改變電路中的電阻，從而改變燈泡兩端的電壓，由此改變燈泡的亮度。
（3）設計電路：設計調光臺燈的電路，選擇合適的電源、小燈泡和變阻器，電源電壓和小燈泡的規格要匹配。
注意：正常發光電壓為2.5V或3.8V的小燈泡電阻都不大所以電位器，或滑動變阻器的最大阻值選擇就不能太大，不然調光的效果就不太好。
（4）設計支架和燈罩：畫出你設想中臺燈的草圖，各個器件要安排緊湊，使臺燈美觀、結實，便于移動。盡量選用方便易得的材料作為臺燈支架，使做出的臺燈能穩定地立在桌上。燈罩需要具有較好的反光性能。
2. 制作臺燈
（1）準備材料：電池盒(或直流電源)、開關、電位器、燈泡（發光二極管）、導線、底座、PVC管、燈罩等。
（2）制作步驟：按照設計方案安裝各個器件，連接電路。檢查電路，閉合開關，看看怎么調節變阻器會使小燈泡越來越亮。 如圖是一位同學制作的簡易調光臺燈，可供參考。他把電池盒、開關、電位器固定在一個底座上， 找一根金屬（或塑料）管或小木片，管的一端固定小燈泡，使小燈泡的導線從管中穿過，管的另一端也固定在底座上。最后還制作了一個燈罩，扣在小燈泡上。
3. 注意事項：
（1）調光臺燈的亮度能夠連續調節；
（2）盡量選用方便易得的材料作為臺燈支架，使做出的臺燈能穩定地立在桌上，燈罩要具有較好的反光性能；
（3）要正確連接電位器；
（4）注意安全，在調節的過程中要避免損壞小燈泡，焊接導線要牢固，防止接觸不良或短路；
（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）制作過程中可能會遇到許多原來沒有想到的問題或發現原來設計方案中的不足，請共同商議解決方法或調整設計方案。
三、改進建議
1. 臺燈的燈罩設計成凹形，應用了凹面鏡會聚光，增強燈光的反射；2. 將臺燈的支架做成可折疊的，提高臺燈實用性；
3. 使用為數字電位器更換機械式電位器； 4. 可以把電池換為容量更大的充電電池或充電寶，延長使用時間
【例1】曉雯同學利用閑置物品自制如圖甲所示的調光小臺燈，圖乙是其電路原理圖，使用兩節新干電池串聯作為電源（電源電壓為），L是小燈珠，標有2.5V 0.5A字樣，R是由鎳鉻合金絲制成的最大阻值為的變阻器，指針P是金屬滑片。下列說法正確的是（　　）
A．變阻器R的工作原理是改變了電阻絲的總長度
B．指針P順時針調節過程中燈泡變暗
C．指針P逆時針調節過程中變阻器R兩端電壓變大
D．為了防止燈珠燒壞，調節時變阻器阻值不能小于
【例2】如圖所示，甲為小明自制的一個模擬調光臺燈，電位器是調節其亮度的裝置；乙為電位器的內部結構示意圖，a、b、c是它的三個接線柱，旋鈕帶動滑片轉動。若順時針旋轉旋鈕時燈泡發光變亮，則需將 （選填“a和b”、“a和c”或“b和c”）接線柱接入電路。現有電壓為9V的電源，將一個標有“6V、3W”字樣的小燈泡接入此電路中，為使小燈泡正常發光，需在此電路中 （選填“串聯”或“并聯”）一個阻值 Ω的電阻。
【例3】圖甲是同學們自制的調光小臺燈，圖乙是臺燈的電路原理圖。電源電壓為3V，R是調節亮度的變阻器，最大阻值為10Ω。燈L標有“2.5V；0.5W”字樣。忽略溫度對電阻的影響。求：
（1）燈L正常發光時的電阻；
（2）燈L正常發光時，變阻器R工作10min產生的熱量；
（3）電源電壓降為2.7V后，燈L的最小實際電功率。
【課后鞏固】
1．小明的書桌上有一個調光書寫臺燈，臺燈上調節燈光亮度的旋鈕實質上是一個（ ）
A．電源 B．電流表 C．開關 D．變阻器
2．某調光臺燈簡化電路圖如圖所示，電源電壓保持不變。為使臺燈變亮，滑片應向 端移動。臺燈工作一段時間后，發現無論怎樣調節滑片，臺燈一直很亮且亮度不變，電路發生的故障可能是滑動變阻器 。
3．某同學準備利用所學物理知識制作一個簡易調光臺燈。
(1)能改變接入電路中電阻大小的元件叫做 ，其中有一種是學生實驗室中常用的滑動變阻器，如圖甲所示；還有一種是如圖乙所示的電位器，其內部結構如圖丙所示，它們都是通過改變接入電路中電阻絲的 來改變接入電路中電阻大小的；
(2)學習完“練習使用滑動變阻器”后，該同學從網上買了一個合適規格的電位器，準備制作一個簡易的調光臺燈。如圖丁所示，若要使旋鈕順時針轉動時臺燈變亮，則應將電位器的 兩個接線柱分別與電路中的M、N兩點相連，閉合開關后，旋轉旋鈕，臺燈 （填“能”或“不能”）完全熄滅。
4．小華自制小臺燈的電路圖及燈泡規格如圖所示，調節開關從觸點0依次轉動到3的過程中，燈泡的亮度將 （選填“變亮”、“不變”或“變暗”）。已知R1、R2、R3的電阻相同且等于燈泡電阻的一半，則燈泡電阻是 Ω，最小實際功率是 W。（設燈絲電阻不變）
5．圖甲是同學們自制的調光小臺燈，圖乙是臺燈的電路原理圖。電源電壓為3V，R是調節亮度的變阻器，最大阻值為10Ω。燈L標有“2.5V 0.5W”字樣。忽略溫度對電阻的影響。燈L正常發光時的電阻 ；電源電壓降為2.7V后，燈L的最小實際電功率 。
4題圖 6題圖
6．在學校科技節上，甲、乙兩組同學各自設計了一個燈泡和滑動變阻器串聯的調光電路，同時還想研究燈泡亮度改變時電功率的變化情況。老師提供的器材有：“”和“”兩種規格的燈泡（燈絲電阻隨溫度的升高而增大）、滑動變阻器，電流表和電壓表、開關、導線若干、電源（電壓相等且保持不變）。兩組同學連接好電路后，調節滑片過程中電表示數都發生變化，當兩組電路的燈泡都正常發光時，恰好電壓表示數均為，電流表示數均為，并且甲組的燈泡比乙組的暗。
(1)甲組所測小燈泡的額定功率為 W；
(2)請將甲組同學設計的電路圖補充完整（如圖） ；
(3)兩組同學所使用的電源電壓是 V；
(4)調節滑動變阻器的滑片，使兩組電路中小燈泡兩端的電壓均為時， （選填“甲組”或“乙組”）燈較亮；
(5)乙組同學在研究燈泡電功率變化情況時，想通過測量來比較以下兩種情況燈泡電功率的大小關系：①燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電功率；②燈泡實際電流為額定電流一半時的電功率。老師告訴他們不用測量也可以比較，同學們經過分析得出與間正確的關系是： （選填“大于”、“小于”或“等于”）。
7．如圖所示是同學們自制的簡易調光小臺燈的電路原理圖，電源電壓恒為6V，燈L標有“6V，3W”的字樣，O為半圓弧電阻MN的圓心，金屬滑片OP為半徑，與半圓弧接觸良好，金屬滑片OP的阻值忽略不計，接入電路的電阻RMP與指針旋轉角度θ成正比，忽略溫度對電阻的影響。
(1)求燈L正常發光時的電阻；
(2)調節θ為90°時，電壓表示數為2V，求此時電阻RMP的阻值；
(3)調節θ，求燈L實際功率變化范圍。
【課后評價】
這節課我給自己☆☆☆☆☆顆星。試卷第1頁，共3頁
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【參考答案】
自主學習
【例1】C
【例2】b和c 串聯 6
【例3】（1）12.5Ω；（2）60J；（3）0.18W
課后鞏固
基礎練習
1. D
2. 左/A端 短路
3. (1) 變阻器 長度；(2) b、c 不能
4. 變暗 6 3.84
5. 12.5Ω 0.18W
6. 0.75 6.3 甲組 大于
7. (1) 12Ω；(2) 6Ω；(3) 0.75~3W
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