(南京師范大學附屬中學新城初級中學，江蘇 南京 210019)

1 問題的提出

蘇科版初中物理第14章的引入是以小明和小華想設計調(diào)光燈為探究背景，以任務驅(qū)動的方式將探究逐步引向深入。隨著問題的展開，要完成組裝調(diào)光燈的任務，則必須解決碰到的每一個問題。因此教科書以此為線索，讓學生掌握電阻的概念，引導學生掌握變阻器的用法，再回歸到完成調(diào)光燈的任務中來，發(fā)現(xiàn)最關鍵的問題是要搞清電流與電壓、電阻的關系，也就是歐姆定律。在加深了對歐姆定律的理解后，最終以綜合實踐活動的形式，由學生自主選擇器材，設計、組裝一盞調(diào)光燈，來實現(xiàn)本章一開始就提出的任務。這既是對本章內(nèi)容的回顧總結，又是對本章知識的具體應用，更是對學生的操作技能的提高，通過具體的實物制作，使得學生感悟理論對實踐的指導價值，在操作中取得直接經(jīng)驗并獲得愉悅的體驗。

自制模擬調(diào)光燈在設計時首先要考慮電路的安全問題，要讓學生利用歐姆定律的知識來設計合適的電路。其次是自制的調(diào)光燈不但要能夠調(diào)光，而且調(diào)光的范圍還要夠大、夠精細。如何利用身邊的器材來實現(xiàn)這樣的功能？身邊能夠利用來做變阻器的非鉛筆芯莫屬，但是鉛筆芯的型號很多，應該選擇哪一種型號的鉛筆芯呢？選擇的依據(jù)是什么呢？這些都是在自制模擬調(diào)光燈時需要解決的問題。

2 活動過程

2.1 設計任務，挖掘?qū)W生潛能

自制模擬調(diào)光燈的首要任務是讓學生設計電路。學生設計的電路一般都是如圖1所示，在此電路中當滑動變阻器接入電路的電阻很小時，顯然燈泡是不安全的。

師：如果考慮到燈泡的安全，圖1設計的電路有什么問題？應該如何改進？

生：當滑片移動到最左端時，此時燈兩端的電壓是3V，超過燈泡的額定電壓，所以不安全，因此可以在電路中串聯(lián)一個定值電阻。

圖1

圖2

師：如圖2所示，請同學們計算出此定值電阻最小為多少？

學生算出R1=1.7Ω。

師：我們手邊沒有1.7Ω的定值電阻，只提供了一根鉛筆芯，用它來替代圖2中的R1和R，如何在鉛筆芯上截取一段1.7Ω的電阻？

此問題的設計思路是想讓學生說出先要測量一根鉛筆芯的總電阻，然后根據(jù)電阻與長度成正比來截取適當長度，但是學生經(jīng)過討論與交流后，又發(fā)現(xiàn)了更好的方法。

方法1：在燈泡兩端并聯(lián)一個電壓表，閉合開關后移動滑片，直到電壓表的示數(shù)為2.5V，那么此時鉛筆芯最左端與滑片間的電阻大小為1.7Ω；

方法2：在電路中串聯(lián)一個電流表，閉合開關后移動滑片，直到電流表的示數(shù)為0.3A，那么此時鉛筆芯最左端與滑片間的電阻大小1.7Ω；

方法3：測量出這根鉛筆芯的電阻和這根鉛筆芯的長度，再根據(jù)鉛筆芯的電阻與長度成正比的關系，算出R1=1.7Ω的鉛筆芯長度。

教育家陶行知先生說過:“人生兩寶,雙手和大腦。”動手動腦是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效方法，這就要求我們教師要放手讓學生去思考去動手，給學生充足的時間和空間按照自己的想法去實踐,去驗證自己所學的東西,從而調(diào)動學生學習的積極性。

2.2 實踐操作，優(yōu)選實驗器材

筆者提供了3種型號的鉛筆芯(6B、HB、2H)給學生，讓他們把這3根長度相同、型號不同的鉛筆芯分別接入模擬調(diào)光電路中，并移動滑片，通過觀察燈泡亮度的變化，讓學生們判斷哪種型號的鉛筆芯更適合調(diào)光電路？

生：把6B鉛筆芯接在電路中，移動滑片時發(fā)現(xiàn)燈一直很亮，并且亮度的變化不明顯；把2H鉛筆芯接在電路中移動滑片時，發(fā)現(xiàn)燈的亮度變化很明顯，可以從不亮到很亮，但是鉛筆芯的可調(diào)節(jié)的長度短了點，當滑片在大約為全長的四分之三到全長之間調(diào)節(jié)時，燈是不亮的；而把HB鉛筆芯接在電路中移動滑片時，發(fā)現(xiàn)燈亮度的變化很明顯，而且鉛筆芯的可調(diào)節(jié)長度較長，只是就算把全長接入電路也沒有出現(xiàn)不亮的情況，所以覺得最適合的鉛筆芯是HB型號的。

師：你們覺得造成這種情況的原因是什么？

生：它們的電阻不同。

師：它們的電阻大小可能情況是什么？

生：R2H>RHB>R6B。

2.3 理論分析，尋找真正原因

在接下來的分組測量中，學生們測出了3根鉛筆芯的電阻大小。然后讓他們分別在這3根鉛筆芯上標注電阻為1.7Ω的位置，并討論交流：為何在調(diào)光電路中3根鉛筆芯的調(diào)節(jié)效果不一樣，表1為學生的分析結果。

表1

學生的分析情況如下：

(1) 6B鉛筆芯的電阻可調(diào)節(jié)范圍太小(0-1.3Ω)，所以發(fā)現(xiàn)燈的亮度變化不大，但是可以看出它的調(diào)節(jié)精度很高；

(2) HB鉛筆芯的電阻可調(diào)節(jié)范圍增大不少(0-8.3Ω)，所以發(fā)現(xiàn)燈的亮度變化較大，雖然調(diào)節(jié)的精度不是很高，通過比較發(fā)現(xiàn)HB鉛筆芯的效果是最好的；

(3) 2H鉛筆芯的電阻可調(diào)節(jié)范圍最大(0-18.3Ω)，燈的亮度變化比較大，但調(diào)節(jié)的精度最差，雖然有16cm的調(diào)節(jié)長度，但是有大約四分之一的長度是沒有用的，此時燈泡根本不亮。

通過測量發(fā)現(xiàn)，要讓“2.5V，0.3A”小燈泡發(fā)光的最小電壓約是0.5V，此時電流約為0.16A。如果電源電壓是3V，那么此時滑動變阻器接入電路的電阻大約為15.6Ω。當把HB鉛筆芯接入電路時，因為它的最大電阻為10Ω，所以就算把全長接入電路時，燈泡也不會熄滅。把HB鉛筆芯接入電路，它的可調(diào)長度最長，所以學生感覺它最適合。如果把2H鉛筆芯接入電路，因為它的最大電阻是20Ω，所以當它的接入電阻在15.6Ω-20Ω之間時，燈泡是不亮的。因為有這么一段接入電路時燈不亮，所以學生覺得這一段沒有用，是浪費的，因此學生認為2H鉛筆芯不合適。綜上所述，如果從調(diào)節(jié)精度上來看，HB鉛筆芯確實要比2H鉛筆芯好，但如果從燈泡亮度的變化范圍上看，2H鉛筆芯要好過HB鉛筆芯。

2.4 問題成串，拓展學生思維

師：如果增大電源電壓，情況如何？

生：當電源電壓增大時，對于燈泡而言額定電壓還是2.5V，需要串聯(lián)的定值電阻的阻值更大，那么在現(xiàn)有長度不變的情況下，其它調(diào)節(jié)情況都是一樣的，此時6B鉛筆芯可調(diào)長度更短了，所以不適合。

師：如果不規(guī)定鉛筆芯長度，哪根更合適呢？

生：6B鉛筆芯，因為其精度很高，可以讓燈泡亮度變化得更細致。

師：滑動變阻器為何不選用鉛筆芯？

學生也僅僅能說出鉛筆芯容易斷，其它的則需要給出具體數(shù)據(jù)，并加以引導。

思考1：選擇一個最大電阻是20Ω的滑動變阻器的電阻絲與2H(電阻也是20Ω)的鉛筆芯進行長度與粗細的對比，你有什么發(fā)現(xiàn)？

學生通過觀察滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)其電阻絲細且長，認為兩者的調(diào)節(jié)精度相差太大。

思考2：如果把鉛筆芯制成與電阻絲同長度和同粗細，那么鉛筆芯的電阻可能是合金絲電阻的多少倍呢？

讓學生先猜想，然后給出具體數(shù)據(jù)。通過實際測量，20Ω的滑動變阻器的電阻絲的長度約為15m，直徑約為0.65mm，橫截面積為0.332mm2；而20Ω的2H鉛筆芯長度為0.175m，直徑大約為2mm，橫截面積為3.14mm2，通過計算發(fā)現(xiàn)如果把鉛筆芯也做成和電阻絲相同長度與粗細，那么鉛筆芯的電阻大約是合金絲電阻的810倍，可見電阻絲的調(diào)節(jié)精度比鉛筆芯高出很多倍，這是滑動變阻器選用合金絲的原因之一。

3 教學反思

(1) 通過“自制模擬調(diào)光燈”的實踐活動，學生利用身邊的物品，不但實現(xiàn)了調(diào)光的基本功能，而且還對多個問題進行了探究，比如：選擇哪一種型號鉛筆芯調(diào)光范圍更廣，精度更高？通過鉛筆芯與滑動變阻器的比較，讓學生有調(diào)節(jié)精度這個意識。

(2) 本節(jié)課雖然讓學生對鉛筆芯的選擇方面有了很好的認識與理解，但是在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)：用回形針作為固定滑片時與鉛筆芯接觸并不太好，會出現(xiàn)燈時亮時不亮的情況，如果換作金屬鱷魚夾夾住鉛筆芯滑動，又會出現(xiàn)夾斷鉛筆芯或者滑動不靈活的情況，所以未能選擇合適的物體作為滑片是本節(jié)課的遺憾。

(3) 電路故障的分析與判斷是學生學習電學時的一個難點，在“自制模擬調(diào)光燈”的實踐活動中，由于鉛筆芯特別容易折斷，所以學生操作過程中就有可能出現(xiàn)電路故障，因此在這堂課上可以增加電路故障問題的分析與討論，以加深學生對于電路故障的認識，并加以排除。