跨学科实践4 设计简单电路
台灯是生活中最常见的家用电器之一.生活中为了保护视力,在不同使用场景,对光的亮度有着不同的需求,因此很多台灯都有可调亮度的功能,实践小组的同学也想制作一个简易调光台灯.
【项目分析】
小组同学查阅资料可知,灯泡的发光亮度可通过改变灯泡两端的来实现,因此我们可以在电路中串联接入一个,通过改变其接入电路中的,来实现改变灯泡的亮度.
【项目实施】
1. 器材准备
标有"1.5 V 3 W"的灯泡一只,3节新干电池(每节电池电压为1.5 V),一个电池盒,一个滑动变阻器,一个电位器,一个开关及导线若干.
(1)根据所提供的器材,实验中电池盒中应该装入节干电池,这样可以使电路中只有灯泡时,灯泡正常发光.
2. 设计并制作一台简易调光台灯
(1)请在图甲中用笔画线代替导线连接电路,要求滑动变阻器的滑片向左移动时灯泡变暗.

(2)认识电位器
由于滑动变阻器体积较大,于是同学们利用电位器来代替滑动变阻器,电位器的结构图如图乙所示,电阻片R的两端分别与接线端A、C相连,滑动片的一端通过转轴与接线端B相连,另一端与电阻片R接触良好,并能绕转轴在电阻片R上滑动.A、B、C为电位器的三个接线柱,转动旋钮可以改变接入电路的电阻.为了顺时针旋转旋钮时灯泡变亮,则下列选项中,应该连接的接线柱为.(填字母)
A. A和B
B. B和C
C. A和C
(3)根据设计制作好简易调光台灯.
【展示交流】
1.
同学们展示了自己制作的调光台灯,小组同学发现可以通过旋转旋钮调节灯泡从发光到不发光,那是不是也可以在不使用时也一直闭合开关,不必断电.从节能的角度思考,他们这样做是否正确?,理由是.
2.有同学提出用LED替代灯泡可能会更加节能,他们添加了电压表、电流表等仪器,分别测出灯泡和LED发光时的电压、电流和对应的亮度值,记录了数据如表:


根据以上信息,可判断灯泡和LED哪个更节能:.
3.交流发现有的同学制作的台灯还配有声控开关,通过手动开关或者声控开关都可以控制电路的通断,则图丙中开关部分电路的设计图正确的是.(填字母)

跨学科实践 4 设计简单电路
[项目分析]电压 变阻器(或滑动变阻器) 阻值
[项目实施]1. (1)1 2. (1)如答图所示 (2)B

[展示交流]1. 不正确 电路在接通的情况下，电路中有电流，就会一直消耗电能 2. LED 3. A

【解析】
项目分析
灯泡的发光亮度由实际功率决定，根据公式$P=\frac{U^2}{R}$，在灯泡电阻不变时，可通过改变灯泡两端的电压改变实际功率，实现亮度调节。因此可在电路中串联一个变阻器（或滑动变阻器），通过改变其接入电路中的阻值，利用串联分压原理改变灯泡两端电压，从而调节亮度。
项目实施
1. (1) 灯泡额定电压为1.5V，每节干电池电压为1.5V，因此装入1节干电池时，灯泡两端电压等于额定电压，能正常发光。
2. (2) 要使顺时针旋转旋钮时灯泡变亮，需让电路中电阻减小。电位器接B和C时，顺时针旋转旋钮，滑动片靠近C端，接入电路的电阻丝长度变短，电阻减小，电路电流增大，灯泡变亮；接A和B时电阻会增大，接A和C时电阻无法改变，因此选B。
展示交流
1. 一直闭合开关时，电路处于通路状态，即使灯泡不发光，电路中仍有电流，会持续消耗电能，因此这种做法不正确。
2. 相同亮度下，LED的电功率更小，相同时间内消耗的电能更少，因此LED更节能。
3. 手动开关和声控开关都能控制电路通断，说明两个开关是并联关系，因此选A。
（电路连接：电源、开关、滑动变阻器、灯泡串联，滑动变阻器接右下接线柱和左上接线柱，滑片左移时接入电阻变大，灯泡变暗）
【答案】
项目分析
电压；变阻器(或滑动变阻器)；阻值
项目实施
1. (1) 1
2. (1) 如答图所示（参考参考答案中的接线图）
(2) B
展示交流
1. 不正确；电路在接通的情况下，电路中有电流，就会一直消耗电能
2. LED
3. A
【知识点】
滑动变阻器的应用；电路的串并联；电功率的应用
【点评】
本题结合生活中调光台灯的制作实践，考查了滑动变阻器、电位器的使用，电路设计及节能相关知识，注重理论联系实际，培养学生的跨学科实践能力和知识应用能力。
【难度系数】
0.6