设计一个模拟的调光灯
——欧姆定律单元复习
课标要求：
1.知道电压、电流和电阻。
2.通过实验，探究电流与电压、电阻的关系。
3.理解欧姆定律。
设计理念：
本节课的核心任务是“设计一个模拟的调光灯”，需要掌握的实验技能是“探究电流与电压、电阻的关系”和“伏安法测电阻”，需要建立的物理观念是“通过导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比”。
本节课从设计一个调光灯入手，依次经历“串联一个电阻，使灯泡亮度改变”、“串联一个滑动变阻器，使灯泡亮度连续改变”、“串联一个电阻和一个滑动变阻器，在灯泡安全的前提下亮度连续改变”的思维递进过程，到“探究电流与电压、电阻的关系”，再到“测量定值电阻的阻值”，最终到“模拟调光灯电路的多样化设计”，力求实践“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程基本理念。
设计思路：
创设情境 明确目标 |
变亮度
滑动 变阻器 |
QUOTE |
电阻箱 电位器 |
设计模拟 调光灯 |
科学探究 |
物理模型 |
实践应用 |
图1 |
实践性是物理学科的特质，实验是学生最基本的物理实践活动。“探究电流与电压、电阻的关系”是学生必做实验之一，“伏安法测电阻”是电学中的一种基本测量，属于欧姆定律变形公式的具体应用。复习课让学生重新经历一部分实验过程是非常必要的。
相对于新课，复习课的实验更加关注如何从安全、操作等角度去选择实验器材，如何用一般方法排除并检验故障，如何应用形式逻辑思维促进物理学习。如此设计的目的是希望学生能在真实的实验环境中发现问题，并利用已有的知识动手、动脑解决问题。课本实验只是基础，在此基础上通过设计“等效替代法测电阻”的活动，来进一步灵活运用测量原理，加深对欧姆定律的理解与应用。实验模型的建构最终还是要服务于生活和生产，通过对模拟调光灯电路的设计分析，让学生了解其他设计方案。最后，回归于生活，了解现实生活中各种调光灯是如何满足个性化、多样化需求的。
学习目标：
1.经历改变灯泡亮度的系列实验，知道电流、电压、电阻。
2.通过实验探究电流与电压、电阻的关系，并经图像分析知道欧姆定律。
3.通过设计模拟调光灯理解欧姆定律。
器材准备：
演示：探究影响电阻大小示教板、二极管、压敏电阻、光敏电阻、电阻箱，电位器，各种调光灯（档位、无级、其他）。
学生：三节干电池（约4.5V） ，2.5V小灯泡1个，滑动变阻器（20Ω 2A），电压表（0-3V，0-15V），电流表（0-0.6A，0-3A），定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω）各一个，开关一个，导线若干。
学习过程：
情境创设
物理学习过程中曾经安排了“怎样使一个小灯泡亮起来”的活动，在此基础上本节课创设了“如何调节这盏灯的亮度？”的问题情境。这既是物理学习的延续，也是现实生活的应用。
【设计意图】“调节灯光的亮度”贯穿欧姆定律这一单元，以“我想设计一盏亮度能调节的电灯”为始，到“设计和制作一个模拟的调光灯”为终。从物理学习最常见的活动入手，凸显了课题研究价值，体现了物理学科特性。
任务一：改变小灯泡的亮度
教师：请连接一个电路，使一个小灯泡发光。在电源电压不变的前提下，尝试改变小灯泡的亮度。
学生实验：在原电路中接入一段金属丝，改变了小灯泡的亮度。
教师：金属丝能否导电？同时对电流还有什么作用？
学生：能导电，有阻碍作用。
教师：电阻是导体本身的一种性质，它的大小与哪些因素有关呢？出示探究影响电阻大小实验的主要器材。
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学生：材料、长度、横截面积、温度等因素影响电阻的大小。
教师：生活中有各式各样的电阻，根据生活、生产需要，发挥着不同的作用。
教师展示：光敏电阻、热敏电阻、压敏电阻、发光二极管。这些发明，使得现代电子工业的发展突飞猛进。
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【设计意图】通过问题，引导学生复习欧姆定律和串联电路分压的原理，同时通过实物连接，进一步提高学生实验操作的熟练程度，为本节课的设计作好铺垫。
任务二：使小灯泡的亮度连续改变
教师：串联一个电阻只能改变一次亮度，因为这是一个定值电阻。如何使小灯泡的亮度连续改变？就要设法让定值电阻变成阻值可连续改变的电阻，那就要从改变影响电阻大小的因素入手，改变哪个因素容易一些？
学生：改变长度容易。
教师：根据这样的思路，我们可以选择什么物品接入电路？
学生：将铅笔芯串联接入电路。
学生实验：将铅笔芯串联接入电路，改变小灯泡的亮度。
教师：将导线的一端从铅笔芯的一端滑到另一端，小灯泡的亮度虽然改变，但亮度变化不明显，怎么办？
学生：增加铅笔芯的长度。
教师：铅笔芯越长越容易断。不过我们可以根据上述实验原理，制成一个能连续改变电阻大小的电学器件——滑动变阻器，同学们可以尝试着把它接入电路，观察能否连续改变小灯泡的亮度。
学生实验：在原电路中接入一个滑动变阻器，连续改变小灯泡的亮度。
教师展示：滑动变阻器、电阻箱、电位器。变阻器是非常重要的电学元件，也是各种设施设备中必不可少的元件，这些设备为个性化、智能化生活提供了很多便利。
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【设计意图】以“连续改变小灯泡亮度”的任务驱动，以“改变长度更容易改变电阻”的物理观念，建立变阻器的物理模型，在实践中掌握其使用方法，认识其发挥的作用。
任务三：使小灯泡在安全的前提下亮度连续改变
教师：刚才的实验中，也有的小组是通过改变电池的节数来改变小灯泡的亮暗的，能连续改变小灯泡的亮度吗？
学生：不能。
教师：而且还存在安全隐患。你知道隐患在哪里吗？
学生：串联的电池节数过多，电源电压可能超出小灯泡的额定电压，小灯泡容易烧坏。
教师：是的。在电学实验时，我们一定要注意各元件的安全使用。
教师：刚才同学们将滑动变阻器接入电路，连续改变了小灯泡的亮度。这个电路就一定安全吗？
学生：也有安全隐患。
教师：一般情况下给电路提供的电压都是高于用电器的额定电压，如果在使用滑动变阻器时不注意操作规范，小灯泡也有被烧坏的可能。你知道是什么操作规范吗？
学生：闭合开关前，滑片要移至阻值最大端。
教师：是的。即使做到这一点，闭合开关后，若无限制地调节滑动变阻器也容易烧坏小灯泡。为了排除这样的隐患，如何改进这个电路，保证小灯泡绝对安全。
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学生：在电路中再串联一个定值电阻以保护小灯泡。
教师：如何选择这个定值电阻呢？要科学、合理地对调光灯进行设计，有必要弄清电流与电压、电阻之间的关系。
【设计意图】安全是一切工作的前提，电路设计也不例外，让小灯泡在安全的状态下连续改变亮度，既是对之前电路设计的优化，体现思维进阶，同时也是实验规范的必然追求，体现安全至上。
图6 |
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3 |
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问题1：怎样设计电路？你的依据是什么？
学生实验:
（1）用笔画线代替导线连接实物图,要求滑片向右移动时,电流表示数减小。
（2）选择老师提供的合适的器材连接电路。
（3）分别研究电流与电压、电流与电阻的关系，将测量的数据记录在表格内。
学生:选择合适的器材，正确连线(滑动变阻器的连接、电表量程的选择)
【设计意图】通过问题的引领，回顾“探究电流与电压、电阻的关系实验”电路图的设计，实物图连接的注意事项以及引导学生从电路安全和操作简便两个角度选择合适的实验器材。
问题2：正确连接好电路后闭合开关，发现电流表无示数，电压表有示数且接近电源电压，则故障原因可能是什么？
学生展示: （1）分析故障可能原因；（2）设计检验故障的方法
【设计意图】“电路故障”是电学实验操作中不可避免的问题。在新授课的教学中，由于教学目标的定位不同，学生自主排除故障的机会较少，更多的是理论分析。让学生经历故障排查的实际情境，可以实现从理论到实践的转化。
问题3：在这两个实验中滑动变阻器的主要作用分别是什么？
问题4：在研究电流与电阻的关系时，需要换不同阻值的电阻多次实验，操作时比较麻烦，能否进行改进？
0.5 |
1 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
实验次序 |
电阻R/Ω |
电压U/V |
电流I/A |
1 |
5 |
0.5 |
|
2 |
1.0 |
|
|
3 |
1.5 |
|
|
4 |
2.0 |
|
|
5 |
2.5 |
|
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结果2：根据表格数据，你能描绘出电流与电阻的关系的图像吗？
实验次序 |
电压U/V |
电阻R/Ω |
电流I/A |
1 |
2 |
5 |
|
2 |
10 |
|
|
3 |
15 |
|
|
4 |
20 |
|
|
5 |
25 |
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教师：各组所描绘的图像不一致的原因是什么？
学生：选用的定值电阻阻值不同；预设的电阻两端的电压不同；测量或者读数有误差。
教师：在处理“电流与电阻的关系实验”数据时，可以不进行实验，直接从刚才的实验中找到相应测量数据，通过图像分析得出相应的结论。
教师：将上述两个实验结论归纳总结，得到欧姆定律的内容，即导体中的电流与导体两端电压成正比，与导体的电阻成反比。其表达式为 QUOTE ，公式变形可以得到计算电阻的公式为 QUOTE 。
【设计意图】由于测量仪器、实验条件、测量方法以及人为因素的局限，测量是不可能绝对精确的，通过对结果的误差分析，有助于对学生进行严密的科学思维和能力的训练，提高他们的实验素养。新课时主要从数据的角度进行分析，复习课时进一步体会用图像法研究物理问题的优越性，体现物理图像等形式逻辑思维对促进学习的实际作用。
应用一：测量电阻
教师：得到具体关系后，因为某实验需要，我想取一个2Ω的电阻，但其标定的电阻值模糊了，如何测量电阻？（量程选择；操作时减少通电时间，避免电阻因明显发热，阻值发生较大变化。）
甲 乙 丙 |
S |
|
（1）连接电路前，小明发现电流表指针如图甲所示，于是他将电流表指针调至 ▲ ．
（2）①图乙是他们连接的测量R1阻值的部分电路．请用笔画线代替导线，将电路连接完整．
②闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P置于最 ▲ （选填“左”、“右”）端．
③在正确完成上述操作后，闭合开关，移动滑片P，当电流表示数为0.2A时，电压表示数如图丙所示，则电阻两端的电压为 ▲ V．多次实验所测量的结果如下表所示，则R1的阻值为 ▲ Ω．
实验序号 |
电压表示数U/V |
电流表示数I/A |
电阻R1/Ω |
= 1 \* GB3① |
▲ |
0.2 |
▲ |
= 2 \* GB3② |
0.6 |
0.3 |
|
= 3 \* GB3③ |
0.8 |
0.4 |
④测量R1阻值过程中，老师提醒他们要尽量缩短通电时间，并用较小的电流来测量，这样做的理由是： ▲ ．
（3）为测量电阻R2的阻值，他们在已连接好的图乙的电路中，用R2替换R1接入电路．
测量过程中，发现电流表示数始终小于分度值．于是，他们按照如图丁所示的电路图，重新连接了电路，闭合开关后，改变电阻箱接入的阻值进行多次测量．记录下电