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第5节　跨学科实践：制作简易调光台灯
【项目提出】当人们在灯光下看书时，如果灯光太亮，对眼睛有刺激；如果灯光太暗，会影响视力.运用本章所学的知识制作一盏简易调光台灯.
【项目分析】制作简易调光台灯，需要考虑下列几个问题.
1.哪些可以做电源和光源？
2.如何改变光源的亮度？
3.如何加强台灯的实用性？
【项目实施】
（一）设计方案
1.设计要求：各器件安排紧凑，台灯美观、结实、便于移动，支架材料易得，台灯稳固，灯罩反光性能好.
2.选择材料：干电池2节、电池盒、小灯泡（与电源匹配）、开关、电位器、导线若干、灯柱（硬塑料管）、灯罩（一次性纸碗）、灯座（圆形塑料板）、制作工具等.
3.设计电路图：设计一个亮度可以连续调节的台灯，画出电路图，如图1.
图1　　　　　　　　图2
（二）制作台灯
4.组装器件：把电池装入电池盒和开关、电位器固定在底座上，在塑料管一端固定小灯泡，使小灯泡的导线从管中穿过，管另一端竖直固定在底座中间，将灯罩扣在小灯泡上.
5.连接电路：用导线把电路连接好，开关处于断开状态.
6.实验调整：如图2甲所示是某同学设计的模拟调光台灯，如图2乙所示是实物电路.请用笔画线代替导线，将图2乙中的电路连接完整，闭合开关后，旋转旋钮，观察灯泡发光和照射情况.要求顺时针旋转滑片时，灯泡变亮.
【交流评价】
7.上述台灯在设计和调节过程中存在的不足是 .
8.如图3所示是四种调光电路，在保证电路安全情况下，能连续调光且使灯从亮到灭的电路是 ；不能连续调整光的亮度的电路是 .（均选填字母代号）
图3
本章实验突破
探究串、并联电路中电压的规律
实验器材 电源、开关、导线、 的灯泡、电压表
电路连接 注意事项 （1）在连接电路时，开关必须 ；（2）电压表与被测电路 ，电流“正进负出”； （3）连接电路前，需对电压表进行 ；（4）电压流表要选择合适的测量范围（　 　）
实验数据 记录电路中各灯泡及电源两端的电压
实验分析 （1）电压表指针异常偏转的原因：①闭合开关前指针不指零，说明电压表需要 ；②指针偏转幅度过小，说明测量范围选择 ；③指针偏转超出最大刻度，说明测量范围选择 ；④指针反向偏转，说明 . （2）换用不同规格的灯泡多次测量的目的：
实验结论 串联电路中电源电压等于各用电器两端电压之和，并联电路中各支路两端电压都相等
【例1】小敏和小东用小灯泡探究“串联电路和并联电路电压规律”.
（1）图甲中要测量L2两端电压，请用笔画线代替导线将实物图连接完整.
（2）闭合开关前电压表如图乙所示，其原因是电压表 .处理好问题后，用电压表分别测ab、cd、ad间的电压，每次拆接电压表时，开关应处于 状态.
（3）小东用电压表测出电路两端的电压和小灯泡L1、L2两端的电压记录在下表中，由表中数据可得：在串联电路中，电压的规律是 （用表中字母表示）.
实验次数 电路两端电压U/V L1两端电压U1/V L2两端电压U2/V
1 2.8 1.4 1.4
2 2.8 1.1 1.7
3 2.9 2.1 0.8
（4）如图甲所示，小东测量灯泡L2两端的电压之后， （选填“能”或“不能”）只将电压表接d点的导线改接到a点测L1两端的电压，理由是 .
（5）小东将电压表并接在如图丙所示电路中的ab、cd和ad两端，测出一组数据后得出并联电路电压规律，小敏说这样的结论不具有普遍性，接下来的操作是 .
探究影响导体电阻大小的因素
1.实验器材：电源、开关、灯泡、电流表、导线、鳄鱼夹、不同规格的合金丝. 2.设计与进行实验 （1）转换法：实验时通过 来反映电路中电阻的大小. （2）控制变量法 ①探究电阻与材料的关系：控制导体的长度和横截面积相同，换用不同材料的导体； ②探究电阻与长度的关系：控制导体的材料和横截面积相同，换用长度不同的导体； ③探究电阻与横截面积的关系：控制导体的材料和长度相同，换用横截面积不同的导体. 3.实验结论：导体电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积和温度有关.材料、横截面积相同的导体，长度越过 ，电阻越大；材料、长度相同的导体，横截面积越过 ，电阻越大.
【例2】在探究影响导体电阻大小的因素时，小红连接了如图所示的电路，然后在M、N之间连接不同导线（导线序号A、B、C、D），并得出如表数据.
导线 材料 长度/m 横截面积/cm2 电流表示数/A
A 镍铬合金 0.6 0.4 0.14
B 镍铬合金 1.0 0.4 0.12
C 镍铬合金 0.6 0.6 0.18
D 锰铜合金 0.6 0.4 0.16
（1）该实验通过观察 来比较导体电阻的大小，分别将A、D两电阻丝接入电路中M、N两点间，实验中，两次电流表指针均有偏转，但接A时的电流表示数小于接D时的电流表示数，说明A的电阻比D的电阻 （选填“大”或“小”）.
（2）如果选择导线A、B进行实验，是为了探究导体电阻与 的关系.
（3）要探究导体电阻与横截面积的关系，保持材料和长度不变，这种研究方法为 ，应该选择 （选填导线序号）两导线来比较，由此实验可以得到的结论是 .
（4）在对本次实验进行评估时，有同学认为可以根据灯泡亮度的变化来判断接入的导线电阻的变化情况，老师指出，此实验中这种方法不可取，这是因为所选导线电阻相差太小时，灯泡亮度变化 （选填“明显”或“不明显”）.
（5）在研究“电阻随温度变化”时，选择代号为D的合金丝进行实验，同时用酒精灯加热该合金丝，发现电流表示数变小了，说明该合金丝温度升高时 .
（6）老师想改装一个滑动变阻器使其最大阻值变小，请你根据该实验结论，帮老师想出一种方法： （合理即可）.
（7）细心的同学在实验过程中发现，灯丝呈螺旋状，于是提出新的问题：为什么将灯丝设计成螺旋状？请你联系实验结论进行猜想：这样设计的原因可能是 ，请说出一个其他设计成与螺旋状相似或相同、且设计目的与上述原因相同的物体： .第5节　跨学科实践：制作简易调光台灯
【项目提出】当人们在灯光下看书时，如果灯光太亮，对眼睛有刺激；如果灯光太暗，会影响视力.运用本章所学的知识制作一盏简易调光台灯.
【项目分析】制作简易调光台灯，需要考虑下列几个问题.
1.哪些可以做电源和光源？
答：可以做电源的有干电池或用USB接口接通电源；可以做光源的有小灯泡、发光二极管或LED灯.
2.如何改变光源的亮度？
答：可以通过改变电源电压或采用滑动变阻器（或电位器）来改变光源两端的电压从而改变光源的亮度.
3.如何加强台灯的实用性？
答：可以从台灯结构稳定性、照明效果和范围、电路连接安全性、移动和调节方便、材料易得、环保、节能和成本低等考虑实用性.
【项目实施】
（一）设计方案
1.设计要求：各器件安排紧凑，台灯美观、结实、便于移动，支架材料易得，台灯稳固，灯罩反光性能好.
2.选择材料：干电池2节、电池盒、小灯泡（与电源匹配）、开关、电位器、导线若干、灯柱（硬塑料管）、灯罩（一次性纸碗）、灯座（圆形塑料板）、制作工具等.
3.设计电路图：设计一个亮度可以连续调节的台灯，画出电路图，如图1.
图1　　　　　　　　图2
（二）制作台灯
4.组装器件：把电池装入电池盒和开关、电位器固定在底座上，在塑料管一端固定小灯泡，使小灯泡的导线从管中穿过，管另一端竖直固定在底座中间，将灯罩扣在小灯泡上.
5.连接电路：用导线把电路连接好，开关处于断开状态.
6.实验调整：如图2甲所示是某同学设计的模拟调光台灯，如图2乙所示是实物电路.请用笔画线代替导线，将图2乙中的电路连接完整，闭合开关后，旋转旋钮，观察灯泡发光和照射情况.要求顺时针旋转滑片时，灯泡变亮.
【交流评价】
7.上述台灯在设计和调节过程中存在的不足是　任意调节电位器，可能导致损坏小灯泡、该电路能连续调节灯泡的亮度，但灯泡不能熄灭　.
8.如图3所示是四种调光电路，在保证电路安全情况下，能连续调光且使灯从亮到灭的电路是　B　；不能连续调整光的亮度的电路是　D　.（均选填字母代号）
图3
本章实验突破
探究串、并联电路中电压的规律
实验器材 电源、开关、导线、　规格不同　的灯泡、电压表
电路连接 注意事项 （1）在连接电路时，开关必须　断开　；（2）电压表与被测电路　并联　，电流“正进负出”； （3）连接电路前，需对电压表进行　调零　；（4）电压流表要选择合适的测量范围（　　试触　　）
实验数据 记录电路中各灯泡及电源两端的电压
实验分析 （1）电压表指针异常偏转的原因：①闭合开关前指针不指零，说明电压表需要　调零　；②指针偏转幅度过小，说明测量范围选择　过大　；③指针偏转超出最大刻度，说明测量范围选择　过小　；④指针反向偏转，说明　正、负接线柱接反　. （2）换用不同规格的灯泡多次测量的目的：　使实验结论具有普遍性　
实验结论 串联电路中电源电压等于各用电器两端电压之和，并联电路中各支路两端电压都相等
【例1】小敏和小东用小灯泡探究“串联电路和并联电路电压规律”.
（1）图甲中要测量L2两端电压，请用笔画线代替导线将实物图连接完整.
（2）闭合开关前电压表如图乙所示，其原因是电压表　没有调零　.处理好问题后，用电压表分别测ab、cd、ad间的电压，每次拆接电压表时，开关应处于　断开　状态.
（3）小东用电压表测出电路两端的电压和小灯泡L1、L2两端的电压记录在下表中，由表中数据可得：在串联电路中，电压的规律是　U＝U1＋U2　（用表中字母表示）.
实验次数 电路两端电压U/V L1两端电压U1/V L2两端电压U2/V
1 2.8 1.4 1.4
2 2.8 1.1 1.7
3 2.9 2.1 0.8
（4）如图甲所示，小东测量灯泡L2两端的电压之后，　不能　（选填“能”或“不能”）只将电压表接d点的导线改接到a点测L1两端的电压，理由是　电压表的正、负接线柱接反　.
（5）小东将电压表并接在如图丙所示电路中的ab、cd和ad两端，测出一组数据后得出并联电路电压规律，小敏说这样的结论不具有普遍性，接下来的操作是　换用不同规格的灯泡进行多次实验　.
探究影响导体电阻大小的因素
1.实验器材：电源、开关、灯泡、电流表、导线、鳄鱼夹、不同规格的合金丝. 2.设计与进行实验 （1）转换法：实验时通过　电流表的示数　来反映电路中电阻的大小. （2）控制变量法 ①探究电阻与材料的关系：控制导体的长度和横截面积相同，换用不同材料的导体； ②探究电阻与长度的关系：控制导体的材料和横截面积相同，换用长度不同的导体； ③探究电阻与横截面积的关系：控制导体的材料和长度相同，换用横截面积不同的导体. 3.实验结论：导体电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积和温度有关.材料、横截面积相同的导体，长度越过　长　，电阻越大；材料、长度相同的导体，横截面积越过　小　，电阻越大.
【例2】在探究影响导体电阻大小的因素时，小红连接了如图所示的电路，然后在M、N之间连接不同导线（导线序号A、B、C、D），并得出如表数据.
导线 材料 长度/m 横截面积/cm2 电流表示数/A
A 镍铬合金 0.6 0.4 0.14
B 镍铬合金 1.0 0.4 0.12
C 镍铬合金 0.6 0.6 0.18
D 锰铜合金 0.6 0.4 0.16
（1）该实验通过观察　电流表示数大小　来比较导体电阻的大小，分别将A、D两电阻丝接入电路中M、N两点间，实验中，两次电流表指针均有偏转，但接A时的电流表示数小于接D时的电流表示数，说明A的电阻比D的电阻　大　（选填“大”或“小”）.
（2）如果选择导线A、B进行实验，是为了探究导体电阻与　长度　的关系.
（3）要探究导体电阻与横截面积的关系，保持材料和长度不变，这种研究方法为　控制变量法　，应该选择　A、C　（选填导线序号）两导线来比较，由此实验可以得到的结论是　导体的长度和材料相同时，横截面积越小，电阻越大　.
（4）在对本次实验进行评估时，有同学认为可以根据灯泡亮度的变化来判断接入的导线电阻的变化情况，老师指出，此实验中这种方法不可取，这是因为所选导线电阻相差太小时，灯泡亮度变化　不明显　（选填“明显”或“不明显”）.
（5）在研究“电阻随温度变化”时，选择代号为D的合金丝进行实验，同时用酒精灯加热该合金丝，发现电流表示数变小了，说明该合金丝温度升高时　电阻增大　.
（6）老师想改装一个滑动变阻器使其最大阻值变小，请你根据该实验结论，帮老师想出一种方法：　在电阻丝材料和横截面积不变时，换用较短的电阻丝　（合理即可）.
（7）细心的同学在实验过程中发现，灯丝呈螺旋状，于是提出新的问题：为什么将灯丝设计成螺旋状？请你联系实验结论进行猜想：这样设计的原因可能是　增加长度（合理即可）　，请说出一个其他设计成与螺旋状相似或相同、且设计目的与上述原因相同的物体：　滑动变阻器　.

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