16.5 跨学科实践：制作简易调光台灯 同步练 2025-2026学年人教版九年级全一册物理

第16章 电压 电阻 第5节 跨学科实践：制作简易调光台灯分层练习 一、基础题 1. 制作简易调光台灯时，核心是通过改变电路中的______来调节灯泡亮度，常用的调节元件是______（填“定值电阻”或“滑动变阻器”）。 2. 下列器材中，制作简易调光台灯不需要用到的是（ ） A. 干电池 B. 小灯泡 C. 电压表 D. 开关 3. 调光台灯的电路中，滑动变阻器应与小灯泡______（填“串联”或“并联”），才能实现亮度调节。 4. 某简易调光台灯使用的电源为3节干电池串联，电源总电压为______V；若小灯泡额定电压为3.8V，此时灯泡两端电压______（填“能”或“不能”）达到额定值。 二、提升题 5. 小明制作的调光台灯，闭合开关后灯泡亮度无法调节，可能的原因是（ ） A. 滑动变阻器接了下面两个接线柱 B. 灯泡与滑动变阻器串联 C. 电源正负极接反 D. 开关接触不良 6. 某调光台灯中，滑动变阻器的最大阻值为20Ω，小灯泡电阻为10Ω，电源电压为6V。当滑动变阻器接入电阻为10Ω时，电路中的电流为______A，灯泡两端电压为______V。 7. 为使调光台灯的亮度调节范围更大，应选择（ ）的滑动变阻器 A. 最大阻值较小、允许通过电流较大 B. 最大阻值较大、允许通过电流较大 C. 最大阻值较小、允许通过电流较小 D. 最大阻值较大、允许通过电流较小 8. 如图是简易调光台灯的电路图，若将滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变亮，则滑动变阻器接入电路的接线柱应是（ ） A. 左上和右上 B. 左下和右上 C. 左下和右下 D. 右上和右下 三、拓展题 9. 现代智能家居中常用数字电位器替代传统滑动变阻器，与传统滑动变阻器相比，数字电位器的优点不包括（ ） A. 可通过程序控制电阻 B. 耐震动、噪声小 C. 手动调节更方便 D. 寿命长、抗污染 10. 某同学用发光二极管（LED）制作调光台灯，发现LED的亮度调节效果与普通小灯泡不同，原因是LED具有______特性，其两端电压必须满足特定方向才能导通。 11. 若要制作一个可实现“强光-中光-弱光”三挡调节的台灯，除了电源、灯泡、开关，还需要两个定值电阻R₁和R₂（R₁＞R₂），请在虚线框内画出电路图（要求：开关切换时，能通过不同电阻组合实现三挡调节）。 四、实验探究题 12. 实验小组探究“调光台灯的亮度与滑动变阻器接入电阻的关系”，实验器材：电源（6V）、小灯泡（2.5V 0.3A）、滑动变阻器（0~50Ω）、电流表、电压表、开关、导线若干。 （1） 请画出实验电路图。 （2）实验中，电压表应并联在______两端，测量其电压。 （3）记录实验数据如下表，分析数据可知：滑动变阻器接入电阻越小，电路中电流越______，灯泡亮度越______。 滑动变阻器接入电阻/Ω 0 10 20 30 40 电流表示数/A 0.30 0.20 0.15 0.12 0.10 灯泡亮度 最亮 较亮 中等 较暗 最暗 13. 某同学发现制作的调光台灯在调节时，灯泡会出现“闪烁”现象，猜想可能与滑动变阻器的接触不良有关，请设计实验验证该猜想（写出实验步骤和判断方法）。 14. 对比实验：分别用滑动变阻器和数字电位器制作调光台灯，测量两种台灯在相同亮度下的功率消耗，记录如下表： 调节方式 强光功率/W 中光功率/W 弱光功率/W 滑动变阻器 1.8 1.2 0.6 数字电位器 1.7 1.1 0.5 （1）分析数据可知：在相同亮度下，调光方式更节能。 （2）结合数字电位器的工作原理，推测其节能的原因是。 15. 创新实验：尝试用半导体材料制作的“光敏电阻”替代滑动变阻器，设计一款“自动调光台灯”（光线越强，灯泡越暗；光线越弱，灯泡越亮）。 （1）请简述设计思路。 （2）若光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小，电路中光敏电阻应与灯泡______（填“串联”或“并联”）。 答案解析 1. 答案：电阻；滑动变阻器 解题思路： 调光台灯的核心原理是通过改变电路总电阻，进而改变电流大小，最终调节灯泡亮度。定值电阻阻值固定，无法改变电路电阻，而滑动变阻器可通过移动滑片改变接入电路的电阻，因此是常用调节元件。 易错点提醒： 容易混淆“定值电阻”和“滑动变阻器”的作用，误将定值电阻作为调节元件，忽略其阻值不可变的特点。 2. 答案：C 解题思路： 制作简易调光台灯的核心器材包括提供电能的电源（干电池）、发光元件（小灯泡）、控制电路通断的开关，以及调节电阻的滑动变阻器。电压表用于测量电压，并非制作调光台灯的必需器材，因此选C。 易错点提醒： 可能误认为电压表是电路必需元件，忽略简易调光台灯的核心需求是“调光”而非“测电压”。 3. 答案：串联 解题思路： 滑动变阻器需与用电器串联才能改变电路总电阻，进而改变通过用电器的电流；若并联，滑动变阻器无法改变通过灯泡的电流，灯泡亮度不变，因此应串联。 易错点提醒： 混淆串联和并联的作用，误答为“并联”，忽略并联电路中各支路独立工作、互不影响的特点。 4. 答案：4.5；能 解题思路： 1节干电池电压为1.5V，3节串联总电压为1.5V×3=4.5V；灯泡额定电压为3.8V，4.5V＞3.8V，通过调节滑动变阻器分压，可使灯泡两端电压达到3.8V，因此能达到额定值。 易错点提醒： 忘记干电池串联电压的计算方法，或误认为电源总电压必须等于灯泡额定电压才能工作，忽略滑动变阻器的分压作用。 5. 答案：A 解题思路： 选项A：滑动变阻器接下面两个接线柱时，接入的是最大阻值且固定不变，电路中电流不变，灯泡亮度无法调节，符合题意； 选项B：灯泡与滑动变阻器串联时，可以调节，不符合题意； 选项C：电源正负极接反，灯泡仍能发光（可以调节），只是电流方向改变，不符合题意； 选项D：开关接触不良时，电路断路，灯泡不发光，而非“亮度无法调节”，不符合题意。 易错点提醒： 容易将“开关接触不良”（灯泡不亮）与“亮度无法调节”混淆，或忽略滑动变阻器接下面两个接线柱时的阻值固定特点。 6. 答案：0.3；3 解题思路： 电路为串联电路，总电阻R总=R滑+R灯=10Ω+10Ω=20Ω，根据欧姆定律I=U/R，电路电流I=6V/20Ω=0.3A；灯泡两端电压U灯=IR灯=0.3A×10Ω=3V。 易错点提醒： 忘记串联电路总电阻等于各电阻之和，或误将滑动变阻器两端电压当作灯泡电压，计算时混淆研究对象。 7. 答案：B 解题思路： 滑动变阻器最大阻值越大，电路总电阻的调节范围越大，灯泡亮度变化越明显；同时，灯泡工作时有一定电流，滑动变阻器允许通过的电流需大于电路最大电流，否则会被烧坏，因此应选择“最大阻值较大、允许通过电流较大”的滑动变阻器，选B。 易错点提醒： 只关注最大阻值，忽略允许通过电流的要求，误选D，导致滑动变阻器因电流过大被烧坏。 8. 答案：D 解题思路： 滑片向右移动时灯泡变亮，说明电路中电流变大，滑动变阻器接入电阻变小。滑动变阻器接入电路时需“一上一下”接线，且接入电阻丝的长度随滑片移动变化： 选项D（右上和右下）：滑片向右移动时，接入电路的电阻丝长度变短，电阻变小，电流变大，灯泡变亮，符合题意； 选项A（左上和右上）：接入的是金属杆，电阻为0，灯泡始终最亮，无法调节； 选项C（左下和右下）：接入的是全部电阻丝，电阻最大且不变，灯泡始终最暗； 选项B（左下和右上）：滑片向右移动时，接入电阻丝长度变长，电阻变大，灯泡变暗。 易错点提醒： 混淆滑动变阻器“一上一下”的接线规则，或不清楚滑片移动与接入电阻的关系，误选C或D。 9. 答案：C 解题思路： 数字电位器的优点包括可通过程序控制电阻、耐震动、噪声小、寿命长、抗污染等，其调节方式为数字化控制，并非“手动调节更方便”，传统滑动变阻器手动调节更直接，因此选C。 易错点提醒： 不了解数字电位器的特性，误将“手动调节方便”当作其优点，忽略其数字化控制的核心特点。 10. 答案：单向导电 解题思路： LED（发光二极管）具有单向导电性，只有电流从正极流入、负极流出时才能导通发光，这是其与普通小灯泡的本质区别，也导致其亮度调节效果不同（普通灯泡无方向限制）。 易错点提醒： 忘记LED的单向导电特性，或混淆其与普通灯泡的差异，无法准确填写特性名称。 11. 答案： 解题思路： 三挡调节的核心是改变串联电阻的大小：无定值电阻时总电阻最小，电流最大（强光）；串联较小电阻R₂时总电阻中等，电流中等（中光）；串联较大电阻R₁时总电阻最大，电流最小（弱光）。单刀三掷开关可实现三种电路连接状态，满足三挡调节需求。 易错点提醒： 容易将定值电阻与灯泡并联，导致电阻无法起到分压限流作用，或忽略R₁和R₂的阻值大小关系，导致挡位亮度顺序颠倒。 12. 答案： （1） （2）小灯泡； （3）大；亮。 解题思路： （1）实验需测量通过灯泡的电流（电流表串联）和灯泡两端电压（电压表并联），滑动变阻器与灯泡串联调节电阻； （2）探究“亮度与滑动变阻器接入电阻的关系”，需关注灯泡两端电压和通过的电流，因此电压表并联在小灯泡两端； （3）分析表格数据，滑动变阻器接入电阻从0增大到40Ω，电流从0.30A减小到0.10A，灯泡亮度从最亮变为最暗，因此得出“接入电阻越小，电流越大，亮度越亮”的结论。 易错点提醒： 画电路图时容易将电压表串联、电流表并联，或忘记电流表、电压表的正负接线柱方向；分析数据时混淆“接入电阻”与“电流”“亮度”的因果关系。 13. 答案： 实验步骤： 保持调光台灯电路连接不变，闭合开关，将滑动变阻器滑片移至中间位置； 用手轻轻晃动滑动变阻器的滑片和接线柱连接处，观察灯泡是否闪烁； 多次改变滑片位置，重复步骤2，记录观察结果。 判断方法： 若晃动时灯泡出现闪烁，静止时亮度稳定，则猜想成立（确实是滑动变阻器接触不良）；若无论是否晃动，灯泡均稳定发光或始终闪烁，则猜想不成立。 解题思路： 接触不良的特点是“接触状态不稳定”，通过晃动滑动变阻器的关键部位（滑片、接线柱），可模拟接触不良的场景，观察灯泡是否随接触状态变化而闪烁，进而验证猜想。 易错点提醒： 实验时未保持其他条件不变（如同时晃动导线），导致无法确定闪烁原因；或未多次重复实验，偶然现象影响结论准确性。 14. 答案： （1）数字电位器； （2）数字电位器为集成电路，能耗损耗小，而滑动变阻器存在机械摩擦和电阻发热损耗，因此相同亮度下数字电位器消耗功率更小。 解题思路： （1）分析表格数据，相同亮度（强光、中光、弱光）下，数字电位器的功率均小于滑动变阻器，因此更节能； （2）从工作原理分析，滑动变阻器通过电阻丝分压调光，电阻丝会发热损耗能量；数字电位器是电子元件，无机械摩擦，能耗损耗更低，因此更节能。 易错点提醒： 仅关注数据对比，未结合工作原理分析节能原因，或误将“功率小”归因于“亮度低”，忽略“相同亮度”这一前提条件。 15. 答案： （1）设计思路： 核心元件：电源、灯泡、光敏电阻、定值电阻（保护电路）、开关； 电路连接：将光敏电阻与灯泡、定值电阻串联，闭合开关； 自动调节原理：光线强时，光敏电阻阻值变小，电路总电阻变小，电流变大，但通过定值电阻分压，使灯泡两端电压不会过高，同时结合灯泡功率与电流的关系，实现“光线越强，灯泡越暗”；光线弱时，光敏电阻阻值变大，电路总电阻变大，电流变小，灯泡两端电压相对升高，亮度变亮。 （2）串联 解题思路： （1）自动调光的关键是光敏电阻的阻值随光照强度变化，进而改变电路电流和灯泡两端电压。需串联定值电阻，避免光线过强时光敏电阻阻值过小导致电流过大烧坏灯泡； （2）光敏电阻需与灯泡串联才能改变电路总电阻，进而调节通过灯泡的电流，若并联则无法起到调节作用，因此填“串联”。 易错点提醒： 未考虑串联定值电阻的保护作用，导致电路存在烧坏灯泡的风险；或混淆光敏电阻的连接方式，误答为“并联”，无法实现自动调光。 学科网（北京）股份有限公司 $