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16.5 跨学科实践：制作简易调光台灯
课题 16.5 跨学科实践：制作简易调光台灯 课型 跨学科实践课
年级 九年级 课时 1课时
教材版本 人教版（2024） 章节 第十六章 电压 电阻
教学方法：项目式学习、小组合作、实验探究
教学用具：PPT课件、小灯泡、电位器、电池盒、开关、导线、灯罩材料
一、核心素养目标
【物理观念】理解调光台灯的调光原理——通过改变灯泡两端电压来调节亮度
【物理观念】掌握串联电路中变阻器分压的作用
【科学思维】能从实际问题出发，设计解决方案
【科学探究】能根据需求设计简易调光台灯的制作方案
【科学探究】能通过实验验证设计方案并进行改进
【科学态度与责任】培养动手实践能力和创新意识
【科学态度与责任】增强安全用电意识和节能环保意识
二、教学重难点
教学重点：调光台灯的工作原理；利用变阻器改变灯泡亮度
教学难点：调光电路的设计与元件选择；电位器的正确连接方式
三、教学过程
一、情境导入（约3分钟）
【教师活动】
当人们在台灯下看书时，如果感觉灯光太亮，有点刺眼，可以通过调光装置改变台灯的亮度。
实际的调光台灯电路是比较复杂的。本节我们根据所学的知识，自己动手制作一个简易的可调台灯。
观察调光台灯的调光过程，说说它们在调节亮度时各有什么特点：
分段调光台灯：通过开关切换不同档位，亮度呈阶梯变化
无极调光台灯：通过旋钮连续调节，亮度平滑变化
【学生活动】
观察调光台灯的工作过程，思考台灯亮度变化的原因，积极参与讨论。
【设计意图】
通过生活实例引入课题，激发学生兴趣，建立物理与生活的联系。
二、项目分析（约5分钟）
【教师活动】
制作简易调光台灯的关键是如何改变台灯的亮度，这可以通过改变灯泡两端电压的方法来实现。
具体实施时，我们可以将灯泡和变阻器串联在电路中，利用变阻器来改变灯泡两端的电压，从而改变灯泡的亮度，实现亮度可调的效果。
【学生活动】
理解调光台灯的基本原理，思考如何通过改变电压来调节亮度。
【设计意图】
引导学生从原理层面理解调光机制，为后续设计奠定理论基础。
核心原理：串联电路中，变阻器改变自身电阻 → 改变分压 → 改变灯泡两端电压 → 改变灯泡亮度
三、问题清单（约3分钟）
【教师活动】
在制作之前，需要思考以下问题：
1. 选择哪种光源？
2. 怎样改变光源的亮度？
3. 可以从哪些方面加强台灯的实用性？
【学生活动】
思考并讨论三个核心问题，提出自己的初步想法。
【设计意图】
以问题驱动思考，明确项目任务的方向和关键要素。
四、项目实施——设计台灯（约12分钟）
【教师活动】
（1）选择光源
可以选择小灯泡或LED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。
根据前面的学习，选择电位器作为变阻器。理由：滑动变阻器和电阻箱体积较大，不容易固定在底座上，电位器更小巧，适合安装在台灯上。
（3）设计调光电路
例如：小灯泡"2.5V 1.5A"，变阻器的调节范围要让小灯泡两端电压在0~2.5V之间。
设计要点：
① 电源电压和小灯泡的规格要匹配
② 变阻器的阻值范围要与灯泡电阻相匹配
③ 画出电路图，标明各元件的连接方式
（4）设计台灯结构
画出设想的台灯草图，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。灯罩需要具有较好的反光性能。
【学生活动】
小组讨论，选择光源和变阻器，设计调光电路和台灯结构草图。
【设计意图】
培养学生工程设计能力，综合运用电学知识解决实际问题。
选择依据：电位器体积小、可固定在底座上，且能连续调节电阻，适合作为调光装置
五、项目实施——制作台灯（约10分钟）
【教师活动】
① 根据设计方案，列出所需器材及制作工具的清单，分工收集、准备。
② 按设计方案动手制作调光灯，完成制作任务。小组成员相互协作，共同解决制作过程中出现的各种问题。
制作步骤参考：
（1）按照设计方案安装各个器件，把电池盒、开关、电位器固定在一个底座上。
（2）按照电路图连接导线，注意接线要牢固。
（3）最后还制作了一个灯罩，扣在小灯泡上。
（4）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。
【学生活动】
分工合作，动手组装调光台灯，检查电路并调试。
【设计意图】
锻炼动手实践能力，培养团队协作意识和问题解决能力。
安全与注意事项：电源安全——别让电池变"炸弹"！危险案例：把9V电池直接接LED→LED烧黑。注意：电压匹配、接线牢固、避免短路、先检查再通电。
六、展示交流（约5分钟）
【教师活动】
1. 向其他同学展示介绍你的作品。
2. 与其他同学交流，看看谁做的台灯既实用又漂亮，还有哪些地方需要改进。
出现问题：
1. 小台灯稳定性差。
2. 小台灯发光不稳定。
3. 电位器调节不灵敏。
4. 灯罩反光效果不好。
5. 底座太轻容易倾倒。
6. 导线接触不良。
改进措施：
1. 选材上底座一定选用比较重一点材料，增加台灯稳定性。
2. 普通塑料管做支架质地软，支持不住台灯，不结实，要选一些比较硬的塑料管，或者木条也可以。
3. 确保电位器与电路连接牢固。
4. 灯罩内壁可贴锡纸增强反光。
5. 检查并加固所有接线点。
【学生活动】
展示作品，交流制作经验，分析问题并提出改进方案。
【设计意图】
通过展示和反思，提升表达交流能力，培养批判性思维。
七、课堂练习与总结（约7分钟）
【教师活动】
【综合题】
题目：如图，甲为某同学制作的简易调光台灯，乙为该调光台灯用到的电位器结构图，ABC为电位器的三个接线柱。关于该调光台灯，下列说法错误的是（ ）
A. 制作调光台灯时，小灯泡只能用实验室常用的灯泡，不能用LED灯
B. 降低物体的重心可以增加稳定性，灯罩需要有良好的反光性能
C. 电位器与灯泡串联在电路中，电位器和滑动变阻器的工作原理相同
D. 当只将A、B接入电路，滑片逆时针旋转时，灯泡变亮
答案：A（A说法错误，LED也可以作为光源）
【跨学科实践题】
题目：创新小组的同学们在学习了十六章之后决定制作一台简易的调光台灯。
任务一：认识简易调光台灯的基本构造和工作原理
（1）台灯由四部分组成，其中"灯泡"部分实际上是一个闭合电路；
（2）制作调光台灯的关键是可以连续改变台灯的亮度，从理论上可以通过改变"灯泡"部分两端电压来实现；从实践操作上，可以在电路中串联一个___________来间接实现。
任务二：选择合适的材料制作简易调光台灯
（3）小组同学选取实验装置制作简易调光台灯的电路部分，请帮助连接实物图（要求：顺时针旋转旋钮时，灯泡变亮）；
（4）选择合适的物品或材料为简易调光台灯设计底座、支架和灯罩。请写出一例生活中可以作为灯罩的物品，并简单说明选取的理由。
展示交流：
（5）闭合开关后，把旋钮旋转到一端时，小灯泡不发光。既然通过旋转旋钮可以调节小灯泡从发光到不发光，就可以去掉电路中的控制开关。从节能的角度思考，这样做是否正确？请说明理由。
答案：
（2）滑动变阻器
（3）电位器应接b、c两接线柱，各元件串联
（4）一次性纸杯，因其获取方便，且纸杯的杯身能对光线起到一定的遮挡和聚拢作用，可减少光线的散射，让光线更集中地照射到需要的区域
（5）不正确。旋钮旋转到使灯泡不发光时，电路中仍有电流通过电位器等元件，从节能角度看，会消耗电能。控制开关可在不需要使用台灯时彻底切断电路，达到节能目的。
【学生活动】
独立完成课堂练习，认真审题，规范作答。
【设计意图】
通过练习巩固所学知识，检测学习效果，提升综合应用能力。
易错点：电位器只将A、B接入电路时，逆时针旋转滑片向A靠近，电阻变小，电流变大，灯泡变亮——注意判断电阻丝的有效长度变化
四、板书设计
16.5 跨学科实践：制作简易调光台灯
一、原理：变阻器分压 → 改变灯泡电压 → 改变亮度
U灯 = U电源 - U变阻器
二、设计
1. 光源：小灯泡 / LED
2. 变阻器：电位器（小巧可调）
3. 电路：串联电路
4. 结构：底座 + 支架 + 灯罩
三、制作流程
设计方案 → 准备器材 → 组装连接 → 检查调试 → 展示改进
五、教学反思
1. 学生在项目设计环节是否能独立完成电路图设计？
2. 学生在动手制作过程中遇到的主要困难是什么？
3. 小组合作中分工是否合理？是否需要调整合作方式？
4. 学生对调光原理的理解是否到位？能否用自己的语言解释？
5. 安全意识是否得到强化？是否存在操作不规范的情况？
6. 本次跨学科实践课的时间分配是否合理？哪些环节需要调整？

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