16.5《跨学科实践：制作简易调光台灯》课件-2026-2027学年人教版物理九年级全一册

该初中物理课件围绕电压、电阻及串并联电路规律，通过分析固定亮度台灯的使用痛点（过亮刺眼、过暗伤眼）导入制作调光台灯项目，以“理论知识→方案设计→动手制作→成果展示”为学习支架，衔接抽象概念与实际应用。 其亮点在于以跨学科实践融合科学探究与科学思维，通过光源选型对比（LED与小电珠）、电路方案设计（串联逻辑与保护措施）等实例，引导学生经历“问题提出→模型建构→动手验证”过程。采用项目式学习与中考习题对接，学生提升知识应用与工程实践能力，教师可直接使用完整教学流程与评价体系。

制作简易调光台灯 16.5 跨学科实践 第十六章 电压 电阻 1.7.2013 同学们好!今天我们将进行一个非常有趣的跨学科实践活动——制作一盏属于我们自己的简易调光台灯。这不仅能帮助我们巩固刚刚学过的电压、电阻知识,还能锻炼我们的动手能力和创新思维。让我们一起开启这段充满挑战和乐趣的创造之旅吧! ‹#› 课程目录 01 学习目标 明确本次实践课的核心任务与能力提升方向,建立清晰的学习预期。 02 项目提出 探究调光台灯的设计初衷与实际应用价值,理解其在生活中的实用性。 03 项目分析 从电路原理、材料选择和结构设计三个维度,深入剖析制作的关键要点。 04 项目实施 分步骤详细讲解调光台灯的组装流程,动手完成电路连接与结构搭建。 05 展示交流与总结 展示小组成果,分享制作心得与经验,总结课堂知识点并进行拓展延伸。 06 随堂习题 通过针对性练习巩固电路知识,对接中考相关考点,强化知识应用能力。 1.7.2013 本次课程我们将分为六个部分。首先明确学习目标,然后了解项目背景,接着进行深入的项目分析,之后是核心的动手制作环节。完成后我们会进行成果展示和交流,最后通过一些练习题来巩固所学知识。希望大家能跟上节奏,积极参与。 ‹#› 学习目标 01 知识巩固与深化 通过动手制作简易调光台灯,将抽象的电压、电阻概念具体化,深入理解串、并联电路的电压分配规律,把书本知识转化为直观的实践认知。 02 科学思维与实践 运用科学推理方法,结合电路模型分析问题,独立完成实验电路图的构思与绘制。在动手过程中培养逻辑思维与空间想象能力,提升科学探究的实践素养。 03 方案设计与执行 根据实际需求筛选实验器材,制定完整且可落地的探究方案与制作流程。在实践中锻炼解决实际问题的能力,体验从设计规划到实物落地的完整工程思维。 “ 将理论知识转化为动手能力,在实践中探索科学的奥秘,开启创新之旅。” 1.7.2013 在开始动手之前,我们先明确一下本节课的学习目标。我们希望通过这次实践,不仅能巩固电学知识,更重要的是培养大家的科学思维和实践能力。具体来说,我们要达到三个目标:巩固知识、锻炼思维、提升方案设计与执行能力。希望课程结束时,大家都能满载而归。 ‹#› 项目提出 DIY 创意调光台灯参考示例 台灯是居家学习不可或缺的伙伴,但固定亮度的台灯往往无法兼顾阅读、手工、起夜等多种场景需求,不当的照明亮度甚至会影响视力健康。 灯光过亮 光线过于刺眼,容易引发视觉疲劳,长期直视会加重眼部负担,影响专注力。 灯光太暗 亮度不足导致字迹模糊,眼睛需过度调节才能看清,长期使用极易造成视力损伤。 挑战任务:打造智能调光台灯 运用本章所学的电压与电阻知识,亲手制作一盏亮度可调的简易台灯,实现灯光强弱的自由控制,完美适配阅读、书写及夜间起夜等多种生活场景。 1.7.2013 大家平时学习生活中都用过台灯吧?有没有遇到过灯光太亮或太暗的困扰?这就是我们今天要解决的问题。我们将利用所学的电学知识,亲手制作一盏可以调节亮度的台灯,让它能适应不同的使用场景。这不仅是一个有趣的挑战,也是知识学以致用的绝佳机会。 ‹#› 项目分析(一):电学层面 01 光源选择 核心问题:选用哪类发光器件作为台灯的核心光源? 思考方向:对比LED、白炽灯等不同光源的发光特性与能耗,结合台灯的护眼需求与使用寿命进行选型分析。 02 调光原理 核心问题:依靠什么电学器件改变灯泡的发光亮度? 思考方向:解析调光器的工作原理,探究其如何通过控制电路中的电压或电流,实现对灯光强度的平滑调节。 03 电路搭建 核心问题:如何搭建稳定可靠的控制电路? 思考方向:设计合理的电路拓扑结构以保障调光的平顺性,同时规划电路保护措施,确保用电安全与设备稳定。 “从电学原理出发,夯实台灯制作的底层逻辑基础,为后续的实物制作与调试筑牢根基。” 1.7.2013 一个好的项目始于周密的分析。我们先从电学层面入手。要制作调光台灯,我们需要解决三个核心问题:第一,用什么作为光源?第二,用什么元件来调节亮度?第三,如何设计电路才能既好用又安全?接下来,我们将逐一探讨这些问题。 ‹#› 项目分析(二):结构实用层面 01 底座设计 核心在于稳固与选材: • 如何设计配重结构,防止台灯倾倒? • 对比木质、塑料、金属等材质的适用性与加工难度。 02 支撑支架 兼顾实用与美观: • 探索PVC管、木棒等生活易得材料的利用; • 如何巧妙隐藏导线,保持支架整体整洁美观。 03 灯罩创意与取材 功能与环保的结合: • 实现柔光、防眩光与聚光的核心功能; • 利用废旧塑料瓶、玻璃瓶等进行创意改造。 “ 优秀的结构设计不仅是物理支撑,更是创意与实用性的完美融合,让台灯既稳固又独具个性。” 1.7.2013 解决了电路问题,我们还要考虑台灯的实体结构。一个好的台灯不仅要能调光,还要稳固、美观、实用。我们需要思考如何设计底座以保证稳定,用什么材料做支架,以及如何利用废旧物品制作一个有创意的灯罩。这些都是考验我们创造力和动手能力的环节。 ‹#› 项目实施 PROJECT IMPLEMENTATION 从创意构思到实物落地,亲手打造专属智能台灯,开启工程实践的奇妙旅程 1.7.2013 好了,分析完毕,现在让我们进入最激动人心的环节——项目实施!接下来,我们将分步骤完成调光台灯的制作。请大家准备好材料和工具,跟着老师的指导,一步步将我们的创意变为现实。 ‹#› 任务1:光源选型对比 01. LED发光二极管 实验首选方案 优势:功耗极低、发热微、寿命长。 注意:必须串联限流电阻;区分正负极,反接不发光。 02. 小电珠(小灯泡) 可视效果备选 优势:亮度变化肉眼直观,适合观察。 注意:电压勿超额定值;灯丝易碎,避免磕碰震动。 03. 家用节能灯 严禁用于本实验 劣势:需交流电源驱动,实验条件不符。 风险:含汞有毒物质,破损后存在安全隐患,严禁使用。 1.7.2013 首先是任务一:选择光源。我们有三个选项:LED、小电珠和节能灯。通过对比可以发现,LED发光二极管是最佳选择,因为它节能、安全、寿命长。小电珠可以作为备选。而家用节能灯由于需要交流电且有安全隐患,不适合我们的实验。所以,我们将优先选用LED作为我们的光源。 ‹#› 任务2:实现亮度调节的核心元件 原理逻辑:改变电路电阻 改变电路电流 改变灯泡实际功率 亮度发生变化 01 滑动变阻器 实验室标准器材,依靠改变接入电阻丝长度调节阻值。接线需严格遵守“一上一下”原则,是物理实验中最基础的调光元件。 02 电位器(旋钮) 生活电器常用元件,旋转旋钮即可无级调节阻值。体积小巧、操作便捷,广泛应用于台灯、风扇等家电的调速与调光控制。 03 铅笔芯简易变阻器 利用铅笔芯的导电性,通过移动金属夹子改变接入长度。取材方便、成本低廉,是家庭简易实验中展示变阻原理的绝佳材料。 核心小结:调光元件必须与光源串联。阻值增大 电流减小 灯光变暗;阻值减小 电流增大 灯光变亮。这是所有调光电路的底层逻辑。 1.7.2013 任务二,我们来解决调光的核心问题。调光的本质是改变电路中的电阻。我们可以选择实验室常用的滑动变阻器,也可以选择更适合家用的电位器,甚至可以用铅笔芯来自制一个简易变阻器。它们的工作原理都是通过改变电阻来控制电流,从而改变灯泡的亮度。记住,调光元件必须和光源串联。 ‹#› 任务3:电路方案设计 01 基础串联逻辑 核心原理:将电源、电位器(调光元件)、发光光源与开关依次首尾相连,构成单一闭合回路,电流单向流动,从而实现电路的通断控制与亮度调节。 电压匹配 电源输出电压需与光源额定电压严格一致,防止因过压烧毁元件或欠压导致无法点亮。 电路保护 通电前务必将变阻器调至最大阻值,起到限流保护作用,避免开机瞬间电流过大损坏元件。 并联优选 多LED建议采用并联方式,每支路串联独立限流电阻,确保各灯珠亮度一致且互不影响。 简易实操方案 采用干电池组作为直流电源,将多颗白光LED并联,每路串联限流电阻,再与按钮开关、20 电位器串联,即可搭建一个结构简单、安全可控的基础调光电路。 图示:常用AA干电池组,是电路实验中安全便捷、电压稳定的直流电源选择。 1.7.2013 任务三,设计电路。最基础的思路就是把电源、调光元件、光源和开关串联起来。但有几个关键点必须注意:第一,电源电压要和LED匹配;第二,通电前要把变阻器调到最大阻值以保护电路;第三,如果用多个LED,最好并联。这里给大家一个参考方案,大家可以根据自己的材料进行调整。 ‹#› 任务4:台灯实体结构设计 01 稳固底座设计 选用实木块或厚塑料块,利用大质量降低重心,增加底面积,从物理结构上提升台灯的抗倾倒能力,确保放置稳固。 02 管线收纳支架 采用空心硬塑料管或废旧笔管,将导线隐藏于内部,既保护导线绝缘层不受损,又使灯体外观整洁,避免线路杂乱。 03 聚光散热灯罩 利用纸杯或塑料瓶创意改造,通过反射原理收拢光线,增强照明亮度;需预留散热小孔,避免热量堆积引发隐患。 关键防护:绝缘处理是安全底线 所有导线接头必须使用绝缘胶带严密包裹,确保裸露金属部分完全隔绝,杜绝短路风险;检查电路连接处是否牢固,确保用电安全。 1.7.2013 任务四,设计台灯的实体结构。底座要重而宽,这样才稳。支架可以用硬塑料管,方便走线。灯罩可以发挥创意,用一次性纸杯或塑料瓶制作,它的作用是反射光线。最后,所有接线点都要用绝缘胶带包好,安全第一。 ‹#› 任务5:组装制作步骤 01 固定与穿线 将电池盒、开关、电位器固定于底座;在支架塑料管开孔,将导线从管内穿入,理顺线路。 02 连接光源 将LED光源并联焊接好,固定在支架顶端,接好上部导线,确保光源安装稳固且接触良好。 03 电路连接 严格按电路图,依次连接电源、开关、电位器与光源,仔细核对每一处接线,避免接错。 04 通电前检查 严禁立即通电!仔细排查导线是否存在短路,确认电源正负极接线无误,确保电路安全。 05 测试调光 1.7.2013 ‹#› ️ 安全注意事项 安全第一 规范操作 01. 严禁电源短路 严禁将电源正负极直接用导线连通,否则会造成电源短路,导致电池快速发热、漏液甚至起火,存在严重安全隐患。 02. 做好绝缘防护 所有金属接线点必须使用绝缘胶带严密包裹,实验过程中切勿用手直接触碰通电的裸露金属部分,防止触电风险。 03. 使用安全电压 本实验仅限使用干电池(低压直流电源),严禁接入家用220V交流电或其他高压电源,避免发生触电事故。 1.7.2013 在动手过程中,安全永远是第一位的。请大家务必牢记这三点:第一,绝对不能让电源短路;第二,所有金属接头都要做好绝缘;第三,只能使用干电池,绝对不能碰220V的交流电。希望大家都能在安全的前提下,享受制作的乐趣。 ‹#› 展示交流 01 小组展示 实物演示:展示小组制作的调光台灯成品,直观呈现灯光调节效果与操作方式。 深度解析:详细讲解电路设计思路、核心元器件选型依据,以及调光原理的实现逻辑与细节。 02 组间互评 多维评价:从调光流畅度、结构稳固性、外观创意度等维度进行客观打分与点评。 共创优化:共同探讨作品现存缺陷,结合实际情况提出切实可行的改良方案与创新思路。 以评促学,互鉴共进 —— 在交流中碰撞灵感,在点评中完善作品,共同提升实践能力 1.7.2013 完成制作后,我们将进行展示和交流环节。每个小组都有机会展示自己的作品,并分享设计思路。其他同学可以进行评价,提出优点和改进建议。这是一个互相学习、共同进步的好机会,希望大家积极参与。 ‹#› 课堂小结:改进与创意拓展 01 优化电路 更换阻值适配的精密电位器,精准控制电流输出,让灯光从暗到亮的调节过程更加顺滑流畅,告别卡顿感,提升调光的细腻度与使用体验。 02 创意灯罩 利用废弃透明塑料瓶改造灯座,粘贴彩色半透明纸张或透光布料,打造独一无二的氛围台灯,让单调的光线焕发出多彩的艺术美感。 03 结构升级 选用可弯折金属软管作为灯体支架,轻松调整灯光的照射角度与高度,无论是阅读、照明还是装饰,都能灵活适配不同场景的需求。 科学探索永无止境,保持好奇心,让创意与实践碰撞出更多可能! 1.7.2013 课程接近尾声,我们来总结一下。今天我们成功制作了调光台灯,但这只是一个开始。我们还可以继续优化,比如换个更合适的电位器让调光更顺滑,或者发挥创意做个彩色灯罩,甚至用可弯折的软管做支架。科学的探索是无止境的,希望大家能保持这份好奇心,不断创新。 ‹#› 随堂习题(中考对接) 01 基础认知 选择题 题目:制作简易调光台灯的核心设计目的是什么? A. 单纯提高亮度 B. 适配场景调节亮度 C. 延长电池寿命 D. 增强结构稳固 答案:B —— 核心在于根据不同使用场景(如阅读、起夜)灵活调整光照强度,提升实用性。 02 生活实践 简答题 题目:结合生活实际,列举两个调光台灯的适用场景并说明理由。 参考答案:① 夜间阅读场景:调至中低亮度,光线柔和不刺眼,保护视力,营造舒适阅读氛围;② 卧室起夜场景:调至微光模式,既能看清道路,又不会因强光刺激眼睛而影响再次入睡,兼顾照明与睡眠质量。 1.7.2013 最后,我们通过几道练习题来巩固今天所学的知识。第一题是选择题,考察我们制作调光台灯的目的。第二题是简答题,让我们联系生活实际。大家可以思考一下,然后我们一起核对答案。 ‹#› 随堂习题(中考对接) 03 电路原理应用 调光台灯依靠改变电路电阻,该元件和灯泡是联;改变接入电阻大小,会改变电路中的,从而调节灯泡亮度。 答案:变阻器;串;电流 04 元件选型考量 若想台灯整体设计小巧、更适合家用场景,相比实验室常用的滑动变阻器,更适合选用哪种电子元件来实现调光功能? 答案:电位器(可变电阻器) 05 结构与光学设计 1.7.2013 ‹#› 随堂习题(中考对接) 06. 电位器原理与电阻特性 顺时针旋转旋钮灯泡变亮,说明接入电阻减小。若电阻片加厚,其总电阻会如何变化? 答案:接A、B接线柱;电阻变小 07. 电路动态分析:灯泡熄灭 下列电路图中,能使灯泡由亮逐渐熄灭,且操作安全的最优电路是哪个? 答案:C(滑片移至顶端时灯泡被短路) 选项深度解析 选项 A:串联限流 灯泡与变阻器串联,只能调节亮度大小,无法切断电路,因此灯泡不能完全熄灭,仅能变暗。 选项 B:无效调节 滑片移动无法改变接入电路的电阻丝长度,电路电阻恒定,灯泡亮度始终不变,无法实现熄灭效果。 选项 C:短路熄灭 滑片上移时,灯泡被短路,电流直接通过变阻器,不再经过灯泡,从而实现从亮到完全熄灭的效果,是最优解。 选项 D:电源短路 变阻器与灯泡并联,滑片调至最小阻值时会直接导致电源短路,电流过大,损坏电源甚至引发危险,属于错误接法。 1.7.2013 最后两道题难度稍大。第六题考察电位器的原理和电阻的决定因素。第七题是电路分析题,需要我们判断哪个电路能实现灯泡从亮到熄灭的效果。这道题非常经典,大家要仔细分析每个选项的电路特点,特别是要注意短路问题。正确答案是C,你选对了吗? ‹#› 感谢观看 THANKS 探索科学之美 创造无限可能 1.7.2013 今天的课程到此结束。感谢同学们的积极参与和精彩表现。希望这次实践课不仅让大家掌握了知识,更激发了大家对科学的兴趣和动手创造的热情。课后大家可以继续完善自己的作品,探索更多可能。谢谢大家! ‹#› $