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第5节 跨学科实践：制作简易调光台灯
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。台灯通常通过开关调节、触摸调节、旋钮调节、遥控调节、智能调节、距离感应调节等方式调节亮度。下面我们尝试运用本章所学的知识制作一盏简易调光台灯，达到调节灯光亮度的目的。
活动1:认识原理
在一个电路中，当有电流通过灯泡时，灯泡就能将电能转化为内能和光能。要制作简易调光台灯，就是要通过改变电流的大小来控制灯光的亮度。根据本章的学习，我们可以在电路中串联一个滑动变阻器(或电位器)来达到目的。
活动2:设计简易调光台灯
|序号|关键问题|设计思路|
|----|----|----|
|1|用什么做电源|基于安全考虑，用干电池做电源，电源电压略高于小灯泡上标有的电压值(额定电压)|
|2|选择哪种光源|考虑经济易得，用实验室里的小灯泡作为光源(如$3\ \mathrm{V}\ \ 0.6\ \mathrm{A}$的小灯泡)|
|3|怎样改变光源的亮度|将滑动变阻器(或电位器)串联在电路中，也可以用铅笔芯和回形针做成“铅笔变阻器”替代滑动变阻器。
电路图如下：
|
|4|可以从哪些方面加强台灯的实用性|①灯泡要有合适的底座和支架；
②要有一个反光效果较好的灯罩；
……|
活动3:制作简易调光台灯
|材料|小灯泡、导线、开关、滑动变阻器、电池盒(干电池)、硬纸板、铁丝、塑料管|
|----|----|
|工具|老虎钳、剪刀、密封胶|
|制作步骤|1. 将两端开口的塑料管粘贴在硬纸板上，做成台灯的支架和底座。
2. 将电池盒、滑动变阻器粘在底座上。
3. 将灯座固定在塑料管的上方，使连接灯座和电源的导线从支架的中间穿过。
4. 依次用导线将电池盒、滑动变阻器、开关、小灯泡连接起来，检查并排除短路和断路故障。
5. 闭合开关，调节滑动变阻器，调节小灯泡的亮度。
6. 用铁丝和硬纸板做一个灯罩|
续表
|图示|
|
活动4:迁移运用
生活中使用的台灯能够根据不同使用场景调节亮度，创新小组的同学们决定制作一盏简易调光台灯。让灯泡的亮度发生变化有多种方法，如改变电池组中串联电池的节数；在不改变电源电压的情况下，在电路中串联一个滑动变阻器并进行调节等。
(1)请在图甲中用笔画线表示导线连接电路，要求滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变暗。闭合开关前，应将滑片P移到
(2)调光台灯通过旋转旋钮调节亮度，这个旋钮是一个电位器。图乙是一种电位器的结构示意图。电位器是一个变形的滑动变阻器，通过改变连入电路中电阻片的
(3)利用图乙所示的电位器制作一个调光台灯，请在图丙中选择电位器三个接线柱中的两个连入电路，并用笔画线表示导线连接电路，要求顺时针旋转滑片时，灯泡变暗。
(4)以下为某小组设计的三个调光台灯的电路图，其中各元器件规格完全相同，则闭合开关后，能利用滑动变阻器控制灯泡亮度的电路是
A. 灯泡L与滑动变阻器R串联，开关S
B. 灯泡L与电位器（滑动变阻器）R串联，滑片P，开关S
C. 灯泡L与滑动变阻器R并联，开关S
(5)小张用定值电阻设计了一个电路，如图丁所示，此电路
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。台灯通常通过开关调节、触摸调节、旋钮调节、遥控调节、智能调节、距离感应调节等方式调节亮度。下面我们尝试运用本章所学的知识制作一盏简易调光台灯，达到调节灯光亮度的目的。
活动1:认识原理
在一个电路中，当有电流通过灯泡时，灯泡就能将电能转化为内能和光能。要制作简易调光台灯，就是要通过改变电流的大小来控制灯光的亮度。根据本章的学习，我们可以在电路中串联一个滑动变阻器(或电位器)来达到目的。
活动2:设计简易调光台灯
|序号|关键问题|设计思路|
|----|----|----|
|1|用什么做电源|基于安全考虑，用干电池做电源，电源电压略高于小灯泡上标有的电压值(额定电压)|
|2|选择哪种光源|考虑经济易得，用实验室里的小灯泡作为光源(如$3\ \mathrm{V}\ \ 0.6\ \mathrm{A}$的小灯泡)|
|3|怎样改变光源的亮度|将滑动变阻器(或电位器)串联在电路中，也可以用铅笔芯和回形针做成“铅笔变阻器”替代滑动变阻器。
电路图如下：
||4|可以从哪些方面加强台灯的实用性|①灯泡要有合适的底座和支架；
②要有一个反光效果较好的灯罩；
……|
活动3:制作简易调光台灯
|材料|小灯泡、导线、开关、滑动变阻器、电池盒(干电池)、硬纸板、铁丝、塑料管|
|----|----|
|工具|老虎钳、剪刀、密封胶|
|制作步骤|1. 将两端开口的塑料管粘贴在硬纸板上，做成台灯的支架和底座。
2. 将电池盒、滑动变阻器粘在底座上。
3. 将灯座固定在塑料管的上方，使连接灯座和电源的导线从支架的中间穿过。
4. 依次用导线将电池盒、滑动变阻器、开关、小灯泡连接起来，检查并排除短路和断路故障。
5. 闭合开关，调节滑动变阻器，调节小灯泡的亮度。
6. 用铁丝和硬纸板做一个灯罩|
续表
|图示|
|活动4:迁移运用
生活中使用的台灯能够根据不同使用场景调节亮度，创新小组的同学们决定制作一盏简易调光台灯。让灯泡的亮度发生变化有多种方法，如改变电池组中串联电池的节数；在不改变电源电压的情况下，在电路中串联一个滑动变阻器并进行调节等。
(1)请在图甲中用笔画线表示导线连接电路，要求滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变暗。闭合开关前，应将滑片P移到
右
(选填“左”或“右”)端。在电路连接完成后闭合开关，发现灯泡特别亮，而且移动滑片P，灯泡的亮度不变，则实验中的不当之处可能是将滑动变阻器的C、D
两个接线柱接入了电路。(2)调光台灯通过旋转旋钮调节亮度，这个旋钮是一个电位器。图乙是一种电位器的结构示意图。电位器是一个变形的滑动变阻器，通过改变连入电路中电阻片的
长度
来改变电阻，进而改变电路中的电流，改变小灯泡的亮度。(3)利用图乙所示的电位器制作一个调光台灯，请在图丙中选择电位器三个接线柱中的两个连入电路，并用笔画线表示导线连接电路，要求顺时针旋转滑片时，灯泡变暗。
(4)以下为某小组设计的三个调光台灯的电路图，其中各元器件规格完全相同，则闭合开关后，能利用滑动变阻器控制灯泡亮度的电路是
A
(填选项字母)。A. 灯泡L与滑动变阻器R串联，开关S
B. 灯泡L与电位器（滑动变阻器）R串联，滑片P，开关S
C. 灯泡L与滑动变阻器R并联，开关S
(5)小张用定值电阻设计了一个电路，如图丁所示，此电路
能
(选填“能”或“不能”)改变灯泡的亮度。与图丙的电路对比，图丁电路的缺点是不能连续调节灯泡的亮度，灯泡亮度变化不平稳
。答案
(1) 电路连接如
，右，C、D(2) 长度
(3) 电路连接如
(4) A
(5) 能，不能连续调节灯泡的亮度，灯泡亮度变化不平稳
解析
【分析】
本题围绕简易调光台灯的制作展开，核心考查滑动变阻器、电位器的工作原理及电路连接、故障分析等知识。解题思路：①根据滑动变阻器“一上一下”接线、滑片离下接线柱越远电阻越大的规则，结合“滑片右移灯泡变暗”判断接线；②明确闭合开关前滑片需移到最大阻值处；③分析滑动变阻器接错接线柱的故障；④掌握电位器通过改变接入电阻片长度改变电阻的原理；⑤理解调光台灯需滑动变阻器与灯泡串联才能改变亮度；⑥对比定值电阻与滑动变阻器调光的特点。
【解析】
(1) 要使滑片向右移动时灯泡变暗，需电路电流变小，滑动变阻器接入电阻变大，因此滑动变阻器接左下接线柱A和上接线柱C，连接电路时电源正极接C，A接开关，开关另一端接灯泡，灯泡接电源负极。闭合开关前，滑片应移到最大阻值处，即右端。若灯泡特别亮且移动滑片亮度不变，说明滑动变阻器接入了上面两个接线柱C、D，此时电阻为0，电流过大且无法改变电阻。
(2) 电位器是变形滑动变阻器，通过改变连入电路中电阻片的长度来改变电阻，进而改变电流，调节灯泡亮度。
(3) 要使顺时针旋转滑片时灯泡变暗，需接入电阻变大，因此选择电位器的B和C两个接线柱接入电路（顺时针转滑片时，接入的电阻片长度增加，电阻变大）。
(4) 滑动变阻器与灯泡串联时可改变电路电流，控制亮度；并联时不影响灯泡支路，无法调光，故选A。
(5) 图丁电路通过切换不同定值电阻可改变电路电流，因此能改变灯泡亮度；但定值电阻阻值固定，不能连续调节，灯泡亮度变化不平稳，这是其缺点。
【答案】
(1) 电路连接如，右，C、D
(2) 长度
(3) 电路连接如
(4) A
(5) 能，不能连续调节灯泡的亮度，灯泡亮度变化不平稳
【知识点】
滑动变阻器的使用、电位器原理、串联电路应用
【点评】
本题结合生活实际，考查物理知识在调光台灯中的应用，注重知识迁移与操作，是典型的物理实践类题目。
【难度系数】
0.5
本题围绕简易调光台灯的制作展开，核心考查滑动变阻器、电位器的工作原理及电路连接、故障分析等知识。解题思路：①根据滑动变阻器“一上一下”接线、滑片离下接线柱越远电阻越大的规则，结合“滑片右移灯泡变暗”判断接线；②明确闭合开关前滑片需移到最大阻值处；③分析滑动变阻器接错接线柱的故障；④掌握电位器通过改变接入电阻片长度改变电阻的原理；⑤理解调光台灯需滑动变阻器与灯泡串联才能改变亮度；⑥对比定值电阻与滑动变阻器调光的特点。
【解析】
(1) 要使滑片向右移动时灯泡变暗，需电路电流变小，滑动变阻器接入电阻变大，因此滑动变阻器接左下接线柱A和上接线柱C，连接电路时电源正极接C，A接开关，开关另一端接灯泡，灯泡接电源负极。闭合开关前，滑片应移到最大阻值处，即右端。若灯泡特别亮且移动滑片亮度不变，说明滑动变阻器接入了上面两个接线柱C、D，此时电阻为0，电流过大且无法改变电阻。
(2) 电位器是变形滑动变阻器，通过改变连入电路中电阻片的长度来改变电阻，进而改变电流，调节灯泡亮度。
(3) 要使顺时针旋转滑片时灯泡变暗，需接入电阻变大，因此选择电位器的B和C两个接线柱接入电路（顺时针转滑片时，接入的电阻片长度增加，电阻变大）。
(4) 滑动变阻器与灯泡串联时可改变电路电流，控制亮度；并联时不影响灯泡支路，无法调光，故选A。
(5) 图丁电路通过切换不同定值电阻可改变电路电流，因此能改变灯泡亮度；但定值电阻阻值固定，不能连续调节，灯泡亮度变化不平稳，这是其缺点。
【答案】
(1) 电路连接如
，右，C、D(2) 长度
(3) 电路连接如
(4) A
(5) 能，不能连续调节灯泡的亮度，灯泡亮度变化不平稳
【知识点】
滑动变阻器的使用、电位器原理、串联电路应用
【点评】
本题结合生活实际，考查物理知识在调光台灯中的应用，注重知识迁移与操作，是典型的物理实践类题目。
【难度系数】
0.5
