【北大版】九年级物理上册教学设计-第三节 学生实验：探究-小灯泡的电功率-ldj

电功和电功率第三节学生实验：探究——小灯泡的电功率首都师范大学附属中学杨光一、教学背景分析本节内容是电功率教学中一个重要的学生实验，是一个完整的实验探究，包含了提出问题、制订计划、收集证据、分析与结论、评估与交流等探究要素，较全面地培养了学生的科学探究能力。本节内容要让学生知道用伏安法测定小灯泡电功率的原理，知道如何测定小灯泡的额定功率和实际功率，即让学生明确“测什么”“怎么测”“为什么要这样测”。从学生的知识基础看，通过上节课的学习，学生已经理解了电功率的概念，理解了额定功率和实际功率。从学生的能力基础看，学生掌握了电压表、电流表、滑动变阻器等器材的使用，完成了伏安法测小灯泡电阻的实验。本实验与伏安法测小灯泡电阻的实验所用器材和电路图完全相同，但原理不同，学生可以把两个实验进行比较，综合运用之前所学的知识与技能，来测定小灯泡的额定功率与实际功率，进一步认识二者的区别与联系，加深对电功率这一重要概念的理解。结合本节内容与学情分析，教学设计的思路如下：首先提出问题，如何测定小灯泡的额定功率，如何测定小灯泡在不同电压下的功率；然后引导学生制订计划，让学生明确实验原理，选取实验器材，设计实验电路图，并且思考在实验开始前要考虑的问题，明确每个仪器使用时的注意事项，设计数据记录表格，为实验做好准备；接着进行实验，并且在实验中引导学生自己分析实验故障的原因，排除故障；实验结束后，引导学生对实验数据进行分析，得出结论；最后对实验进行评估与交流，并提出课后思考题。二、教学目标1.知道用伏安法测定小灯泡电功率的原理，知道如何测定小灯泡的额定功率和实际功率。2.会设计实验电路、选用实验器材、设计实验记录表格、有步骤地进行实验、读取数据、计算小灯泡的电功率。3.经历测量小灯泡功率的过程，对科学探究的要素有更全面的体验与理解。4.通过实验，培养实验操作能力、分析处理数据能力、精益求精的实验态度和尊重事实、探求真理的科学态度。三、教学重点和难点教学重点：制订探究实验方案；对电路故障的分析与排除。教学难点：探究实验评估与交流环节。学生自己制订计划，包括对实验器材的选取、实验电路的设计、实验步骤的制订。这些内容是学生进行实验与后续环节的基础，决定了实验的成败。本节课的另一个教学重点是对电路故障的分析与排除，学生在进行实验时，要引导学生自己分析、排除故障，让学生掌握排除故障的本领，增强自信心。评估是对实验过程和探究结果的反思，学生在这方面的能力相对欠缺，因此本环节是本节课的难点。为了突破难点，教师可以提出问题进行引导，例如，在只有电压表（或电流表）和已知阻值的定值电阻时，如何测定小灯泡的电功率。这种问题可以引起学生思考，激发学生的探究热情。四、教学过程1.教学引入教师提问：小灯泡的铭牌有些模糊，只能看出上面标有“2.5V”，这个2.5V代表什么含义呢？学生回答：说明这个小灯泡的额定电压是2.5V。教师提问：你能够测定小灯泡的额定功率吗？如果小灯泡两端电压不是额定电压，它的实际功率还等于额定功率吗？如何测量小灯泡的实际功率？2.“知识点”教学“伏安法”测定小灯泡的电功率（1）制订计划教师提问：怎样测量小灯泡的功率？测定小灯泡功率的原理是什么？学生回忆上一节的知识，并作答测定小灯泡功率的原理：P=UI，只要用电压表和电流表分别测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，就可以利用公式计算出电功率了。图13-3-1教师引导：实验中要在不同电压下测量小灯泡的电功率，要改变小灯泡两端的电压，需要什么实验仪器？图13-3-1学生回答：滑动变阻器。教师引导：大家已经选取了实验器材，现在请大家自己设计实验电路图。学生设计实验电路图，并画在笔记本上，然后互相交流讨论，得出正确的电路图。教师请同学把电路图画到黑板上。教师提问：在进行实验前，有哪些需要考虑的问题？学生1：滑动变阻器的滑片在实验开始前应放在阻值最大处。学生2：电压表和电流表在接线的时候，正负接线柱不能接反。教师肯定学生对滑动变阻器、电压表、电流表注意事项的分析，并提问：电压表与电流表的量程应该如何选取呢？你的依据是什么？学生思考、讨论后作答：电压表应选0~3V量程。教师追问：为什么要选0~3V量程呢？学生回答：因为小灯泡的额定电压是2.5V，如果选取0~15V量程，量程太大，读数不准。而0~3V不会超过量程。教师肯定学生对电压表量程的选择，并提问电流表量程的选取。学生回答：目前不知道通过小灯泡的电流是多大，因此先选用大量程0~3A。如果最大电流小于0.6A，则改用0~0.6A量程，这样可以读数准确。教师肯定学生对量程的选取，既考虑到保护仪器，也考虑到了读数的准确性。教师继续对实验仪器的选取进行提问：电池至少选几节呢？学生回答：至少2节，因为每一节干电池两端的电压是1.5V，两节电压3V，要比小灯泡的额定电压大。教师肯定学生对实验时要考虑问题的分析，并对要测量的数据进行说明：如果要测量电压高于额定电压时的功率，不能高于额定电压太多，有可能烧毁小灯泡，因此使小灯泡两端电压稍高于额定电压（高于1/5）即可，即小灯泡两端电压为3V。我们也要测量电压低于额定电压时的电功率，这次我们选取1.0V，1.5V，2.0V。另外还有额定电压2.5V。教师请学生讨论并设计实验记录表。低于额定电压额定电压高于额定电压电压U/V1.01.52.02.53.0电流I/A实际功率P/W（2）进行实验与收集证据学生按步骤进行实验：=1\*GB3①按电路图连接实物电路。=2\*GB3②闭合开关前，调节滑动变阻器至最大阻值处。=3\*GB3③闭合开关，使小灯泡两端电压为额定电压，观察小灯泡发光情况，记录电流表、电压表示数。=4\*GB3④调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压分别为要测数据，观察灯泡发光情况，记录电流表、电压表示数。=5\*GB3⑤断开开关，整理实验器材。在进行实验的过程中，有可能会出现电路故障。教师引导学生自己对电路故障进行分析，并提出可能的解决方案。可以把出现的故障记录在表格中。电流表电压表小灯泡变阻器诊断结果无示数有示数不亮不起作用灯泡断路有示数有示数不亮不起作用变阻器接线柱接错（3）分析与结论教师提问：通过实验数据，你能得出什么结论？学生1：小灯泡的功率不一定等于它的额定功率。学生2：电压越大，小灯泡的功率越大，小灯泡越亮。学生3：电压越大，小灯泡的功率越大，但功率与电压不成正比。评估与交流教师提问：这个实验与我们之前做过的伏安法测电阻的实验，有什么相同点和不同点？学生：电路图相同，但实验原理不同。测电阻时是用公式R=U/I，测电功率时利用P=UI。教师提问：大家可以用刚才测得的数据计算一下小灯泡的电阻，你发现了什么？为什么会出现这种现象？学生：小灯泡的电阻在变化，电压变大，电阻也变大了。因为电压越大，电功率越大，灯丝的温度越高，它的电阻越大。教师提问：在用伏安法测电阻时，我们采用了多次测量求平均值的方法。在测电功率时，可以把刚才测得的数据求平均值吗？学生：不可以，因为电功率在不同的电压下都不同，不可以求平均值。教师提出思考题：如果把实验中的电流表去掉，换成一个已知阻值的电阻，你可以测出小灯泡的额定功率吗？“伏阻法”测定小灯泡的额定功率提出问题在没有电流表的条件下，如何测定小灯泡的额定功率？可选用的实验器材有电源、小灯泡、电压表、已知阻值为R0的定值电阻、滑动变阻器、开关、导线若干。制订计划教师提问：要测定小灯泡的额定功率，需要测量哪些物理量？学生回答：要测量小灯泡在额定电压下的电流。教师提问：如何调整小灯泡的电压为额定电压？学生回答：可以调节滑动变阻器，通过电压表读数来确定小灯泡两端电压为其额定电压。教师提问：没有电流表，如何测定此时通过小灯泡的电流？图13-3-2图13-3-2教师继续提问：如果想让通过定值电阻的电流与小灯泡的电流相等，应该如何连接电路？学生回答：把定值电阻与小灯泡串联。教师请学生设计实验电路图，如图13-3-2所示。进行实验实验步骤：=1\*GB3①用导线把电源、开关、小灯泡、定值电阻、滑动变阻器串联，把电压表并联在小灯泡两端；=2\*GB3②闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数为U=2.5V；=3\*GB3③断开开关，保持滑动变阻器滑片的位置不变，把电压表并联在定值电阻两端，闭合开关，读出电压表示数；=4\*GB3④通过小灯泡的电流与通过定值电阻的电流相等，即I=，则小灯泡的额定功率为P=UI=U•。“安阻法”测定小灯泡的额定功率提出问题在没有电压表的条件下，如何测定小灯泡的额定功率？可选用的实验器材有电源、小灯泡、电流表、已知阻值为R0的定值电阻、滑动变阻器、开关、导线若干。制订计划教师提问：如何知道小灯泡两端的电压为其额定电压？学生回答：可以利用电流表和定值电阻，测出定值电阻两端的电压，用定值电阻两端电压来表示小灯泡两端电压。图13-3-3教师提问：要用定值电阻两端电压表示小灯泡两端电压，应该如何连接电路？图13-3-3学生回答：让小灯泡与定值电阻并联。教师请学生设计实验电路，学生设计，如图13-3-3所示。进行实验实验步骤：=1\*GB3①按图连接电路，把定值电阻与小灯泡并联，先把电流表与定值电阻串联；=2\*GB3②闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表示数I′=2.5V/R0；=3\*GB3③断开开关，保持滑动变阻器滑片位置不变，把电流表串联在小灯泡两端，闭合开关，记下此时电流表的示数I；=4\*GB3④则小灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×I。3.课堂小结实验目的：测量小灯泡的电功率实验原理：P=UI实验器材：电源、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡（额定电压2.5V）。图13-3-4实验电路图（伏安法）：图13-3-44.小练习图13-3-5（1）小明想知道小灯泡的亮暗程度与什么因素有关。他找来额定电流小于0.6A，额定电压是2.5V的灯L1，接在电源电压恒为6V的电路中，按照如图13-3-5甲所示电路探究。图13-3-5=1\*GB3①请你用笔画线代替导线，根据图甲所示的电路图，将图乙所示实物图连接完整。=2\*GB3②闭合开关，滑片P向__________（选填“A”或“B”）端移动，使灯L1发光，先观察__________示数，测出灯L1的相关物理量并记录在表中，计算小灯泡L1的额定功率__________W。次数电压U/V电流I/A实际功率P/W11.60.2022.50.2432.80.26=3\*GB3③小明注意到灯L1的亮度变化：第二次比第一次亮，第三次比第二次更亮。结合表中数据得出实验结论：_____________________________________。图13-3-6（2）为了测定额定电压为3.8V的小灯泡的额定功率，可用如图13-3-6所示的电路，图中a、b为两只电表，试回答：图13-3-6=1\*GB3①图中，a是______表，b是______表；=2\*GB3②在连接电路时，开关应处于______状态，滑动变阻器的滑片应滑到______处；图13-3-7=3\*GB3③当闭合开关后，发现灯泡两端电压只有3V，为了使灯泡两端电压达到额定电压，则滑片P应向______端移动。图13-3-7=4\*GB3④在小灯泡正常发光时，若电流表的示数如图13-3-7所示。则灯泡的额定功率为______W。=5\*GB3⑤若闭合开关，灯不亮，电压表示数接近4.5V，电流表示数几乎为0，出现这种故障的原因可能是_______________。五、教学反思本节课是一个完整的探究实验，是电功率教学中一个重要的学生实验。本实验