核心素养导向下九年级物理“测量小灯泡的电功率”实验探究导学案

核心素养导向下九年级物理“测量小灯泡的电功率”实验探究导学案

一、教学内容与学情分析

（一）教学内容解析

本课题“测量小灯泡的电功率”位于人教版九年级全一册第十八章“电功率”的第3节，是在学生学习了欧姆定律、电能、电功率的基本概念以及“测量小灯泡的电阻”实验之后，安排的又一个重要的电学综合实验。其教学内容的核心价值体现在以下几个方面：第一，它是电功率核心概念的深化与应用，学生需要通过实验手段，将抽象的P=UI公式转化为可操作的测量过程，深刻理解电功率的物理意义和决定因素。第二，它是电学实验技能的整合与提升，实验涉及电路设计、实物连接、量程选择、滑动变阻器操作、多量程电表读数、数据分析与处理等一系列基本技能，是对前期所学实验技能的全面检验和强化。第三，它是科学探究方法的实践与体验，本实验不仅关注测量结果，更强调在额定电压、低于额定电压和高于额定电压三种工作状态下，观察小灯泡的亮度并测量其功率，引导学生探究实际功率与灯泡亮度的关系，体验“控制变量”和“比较”的科学方法。第四，它是物理观念在生活中的迁移与拓展，通过观察灯泡亮暗随电压的变化，引导学生将课堂知识与生活中调光灯、照明电路过载等现象联系起来，培养从物理视角认识事物的习惯。本实验在教材体系中起着承上启下的关键作用，既巩固了电功率的计算，又为后续学习焦耳定律、家庭电路等内容奠定了坚实的实验和认知基础。

（二）学情精准把握

授课对象为九年级学生。知识层面，学生已掌握了欧姆定律，理解了电功率的概念P=UI和P=W/t，并初步掌握了其简单计算，同时具备了一定的电路连接经验，如“测量小灯泡电阻”的实验操作。这为本节课的顺利开展提供了必要的知识储备和技能基础。然而，学生对于“额定功率”与“实际功率”这两个核心概念的区分往往模糊不清，容易混淆，这是本节课需要攻克的认知难点。技能层面，学生在电路故障排查、电表准确读数、滑动变阻器规范操作（尤其是开关闭合前滑片位置的确认）等方面，仍存在熟练度和规范性的问题，需要通过本节课的强化训练加以解决。思维层面，学生习惯于从公式到计算的单向思维，而对于通过实验现象（亮度变化）去反推、验证物理规律（实际功率的决定因素）的探究性思维尚显不足。因此，本节课的教学设计必须充分尊重学生的现有发展水平，通过精心设计的探究任务和问题链，引导学生从“动手做”走向“动脑想”，实现知识的深度建构和能力的螺旋式上升。

二、教学目标与核心素养

基于以上分析，本导学案旨在达成以下融合了物理核心素养的四维教学目标：

（一）物理观念

1.【基础】通过实验测量，深刻理解用电器的实际功率随其两端实际电压的变化而变化，强化“电压决定电流，电流和电压共同决定实际功率”的物理观念。

2.【重要】能够准确区分用电器的额定功率和实际功率，建立起用电器只有在额定电压下才能正常工作（正常发光）的科学观念。理解用电器工作状态（亮度）由其实际功率决定。

（二）科学思维

1.通过设计实验电路图，运用欧姆定律和安全用电原则，分析并论证电流表、电压表及滑动变阻器的连接方式，培养模型建构和科学推理能力。

2.【难点】基于实验数据，分析小灯泡两端电压变化与其实际功率、亮度变化之间的内在联系，运用归纳的方法，得出“小灯泡的亮度由实际功率决定”的结论，并能用物理语言准确表达，发展科学论证能力。

（三）科学探究

1.能根据测量电功率的实验目的，说出所需测量的物理量（电压U和电流I），并能独立设计出完整的实验电路图和数据记录表格。

2.【非常重要】能按照电路图规范、安全地连接实物电路，并在闭合开关前将滑动变阻器滑片置于阻值最大端。

3.能正确选择电压表和电流表的量程，并进行准确读数，如实记录实验数据。

4.【高频考点】能正确处理实验数据，计算出小灯泡在不同电压下的实际功率，并结合观察到的亮度现象，进行交流与合作，对实验中出现的问题（如灯泡不亮、电表指针反偏等）进行初步的分析和排查。

（四）科学态度与责任

1.在实验操作中，培养严谨细致、实事就是的科学态度和与他人合作交流的团队精神。

2.【热点】通过观察灯泡在高于额定电压下的发光情况，认识到任何用电器都有其额定值，超过额定值工作会缩短寿命甚至损坏，增强安全用电和规范操作的责任意识，将物理知识与社会生活实际相联系。

三、教学重难点

（一）教学重点

1.【重要】用电压表和电流表测量小灯泡电功率的原理和方法（P=UI）。

2.【非常重要】区分额定功率与实际功率，并理解它们之间的关系。

3.电路的正确连接、电压表和电流表的规范使用及读数。

（二）教学难点

1.【难点】设计实验电路，特别是滑动变阻器在电路中的作用及其连接方式。

2.【难点】对实验数据的分析，归纳总结出小灯泡亮度由其实际功率决定的规律。

3.【难点】对实际电压高于额定电压时，灯泡亮度骤增并可能烧毁的预判与原因分析。

四、教学方法与准备

（一）教学方法

本节课采用“问题驱动-自主探究-合作交流-反思提升”的教学模式。以核心问题链引导学生思维，以分组实验为主要形式，让学生在“做中学”、“学中悟”。教师扮演引导者、协助者和评价者的角色，适时点拨，化解难点，提升学生的探究能力和科学素养。

（二）教学准备

1.学生分组实验器材（每组）：学生电源（或电池组，电压可调，如4.5V）、额定电压为2.5V的小灯泡一个、电流表一只、电压表一只、滑动变阻器一只（20Ω）、开关一个、导线若干。

2.教师演示器材：同学生分组器材一套（可选用额定电压稍高的小灯泡，便于全班观察）、多媒体课件（含实验原理动画、电路连接注意事项、数据记录表格示例等）、实物投影仪。

3.教学资源：导学案（含预习部分、实验步骤、数据记录表格、思考题）。

五、教学实施过程

（一）创设情境，导入新课（约5分钟）

【基础】教师通过多媒体展示一组生活图片：夜幕下灯光璀璨的城市、可调节亮度的台灯、因电压不稳而忽明忽暗的灯泡。引导学生思考：灯泡的亮度是由什么决定的？为什么同一个灯泡接在不同的地方，亮度会不一样？灯泡上标有的“PZ220-100”和“PZ220-40”又是什么意思？通过这些问题，迅速聚焦学生的注意力，激发其探究欲望，自然引出本节课的主题——通过实验来测量小灯泡在不同电压下工作时的电功率，并探究其亮度变化的秘密。

（二）问题驱动，原理探究（约8分钟）

1.【基础】教师提出问题1：“我们要测量小灯泡的电功率，需要测量哪些物理量？依据的原理是什么？”学生基于已有知识（电功率的定义式P=W/t和决定式P=UI）进行讨论。教师引导学生分析，在实验室中，直接测量电功W和时间t较为复杂，而测量电压U和电流I则更为便捷，从而明确实验原理为间接测量法，依据的公式是P=UI。这是整个实验的理论基石。

2.【难点】教师提出问题2：“我们需要测量小灯泡在几种状态下的功率？分别是哪几种状态？”引导学生阅读教材，明确本次实验需要测量小灯泡在额定电压（2.5V）、低于额定电压（如2.0V，即4/5U额）和略高于额定电压（如3.0V，即1.2U额）三种状态下的电压和电流。教师追问：“为什么要测量高于额定电压的情况？如果电压过高，可能会发生什么？”激发学生对安全操作的初步认知。

3.【重要】教师提出问题3：“为了改变小灯泡两端的电压，让它分别达到2.5V、2.0V和3.0V，我们需要在电路中接入什么元件？这个元件应该怎样连接？”引导学生回顾滑动变阻器的作用和连接方法，强调其“一上一下”的接线原则和在电路中的串联位置。这是实现实验条件控制的关键。

（三）设计电路，准备实验（约10分钟）

1.【非常重要】电路图设计：学生在导学案上独立尝试画出测量小灯泡电功率的电路图。教师巡视，挑选具有代表性的学生作品（正确的或存在典型错误的）通过实物投影仪展示。组织学生进行评价、讨论和完善，最终师生共同得出标准的实验电路图。教师在黑板上规范地板书电路图，并逐一标注各元件，特别强调电压表要与灯泡并联，电流表要与灯泡串联，且都需注意正负接线柱的接法，以及滑动变阻器的接法。

2.【高频考点】数据记录表格设计：教师引导学生思考：“我们需要记录哪些数据？观察什么现象？”学生分组讨论，共同设计数据记录表格。表格应包含：实验次数、电压U/V、电流I/A、电功率P/W、小灯泡亮度（可描述为“不发光、暗、正常发光、很亮”等）。教师通过多媒体展示一个科学、规范的数据记录表格范本，供学生参考和修正自己的设计。

（四）规范操作，分组实验（约25分钟）

【核心环节】此环节是本课的重中之重，教师应全程巡视指导，强调操作的规范性和安全性，并引导学生将观察与思考相结合。

1.【基础】检查器材：学生对照清单，检查桌面上的实验器材是否齐全、完好。

2.【非常重要】连接电路：

1.3.教师强调：连接电路时，开关必须处于断开状态。

2.4.学生按照电路图，从电源正极开始，按电流流向依次连接开关、电流表、滑动变阻器、小灯泡，最后回到电源负极。电压表最后并联在小灯泡两端。

3.5.教师巡回指导，重点检查：滑动变阻器的接线是否正确（一上一下）；电流表、电压表的量程选择是否正确（小灯泡额定电压2.5V，电源电压约4.5V，电压表选0-3V量程；根据I=P/U估算，电流小于0.6A，电流表选0-0.6A量程）；正负接线柱是否接反。

4.6.【重要】连接完成后，提醒学生将滑动变阻器的滑片移动到阻值最大端（保护电路）。

7.【高频考点】检查与试触：

1.8.学生自查无误后，举手请教师检查电路。

2.9.经教师同意后，闭合开关，迅速“试触”，观察电表指针偏转方向是否正常，示数是否在量程范围内。若发现异常（如指针反偏、超过量程），立即断开开关，分析原因并进行调整。

10.【热点】测量与记录：

1.11.（1）测量额定功率：调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数恰好为2.5V。观察小灯泡的发光情况（此时应正常发光），读取并记录电流表的示数，填入表格。

2.12.（2）测量低于额定电压时的功率：调节滑片，使电压表示数略低于额定电压，如2.0V。观察并记录此时小灯泡的亮度变化（比正常发光时暗），读取并记录电流表示数。

3.13.（3）测量高于额定电压时的功率：调节滑片，使电压表示数为额定电压的1.2倍，即3.0V。【重要】教师在此步骤前必须强调安全风险：“同学们请注意，当我们把电压调到3.0V时，小灯泡两端电压超过了其额定值，此时灯泡会发出很亮的光，灯丝温度极高。请大家仔细观察亮度，并迅速读取电流表示数，然后立即断开开关，以免烧毁灯泡。”学生操作时，教师要密切关注，提醒学生动作迅速。

14.【基础】整理器材：实验完毕，断开开关，先拆除电源，再整理其他器材，归放原位。

（五）数据分析，归纳结论（约10分钟）

1.【难点】数据处理：学生根据记录的U、I值，利用公式P=UI计算出三种情况下的实际功率P实。

2.【重要】小组讨论：

1.3.（1）当U实=U额时，P实与P额（可由U额×I额计算得出）有什么关系？灯泡怎样发光？

2.4.（2）当U实<U额时，P实与P额有什么关系？灯泡亮度有何变化？

3.5.（3）当U实>U额时，P实与P额有什么关系？灯泡亮度有何变化？

4.6.（4）综合分析，小灯泡的亮度是由什么决定的？

7.【非常重要】归纳结论：各小组派代表分享实验数据和讨论结果。教师在学生发言的基础上，引导全班同学共同总结出核心结论：

1.8.（1）小灯泡的实际功率随其两端实际电压的改变而改变。

2.9.（2）小灯泡的亮度取决于它的实际功率，实际功率越大，灯泡越亮。

3.10.（3）当U实=U额时，P实=P额，用电器正常工作；当U实<U额时，P实<P额，用电器不能正常工作；当U实>U额时，P实>P额，用电器可能被损坏。

（六）交流评估，反思提升（约7分钟）

1.【难点突破】教师引导学生反思实验过程：“在刚才的实验中，有没有哪个小组的灯泡没有发光？或者电表指针出现了异常？大家一起来分析一下可能的原因是什么？”利用实物投影仪展示某个有故障的电路或异常数据，组织全班进行“会诊”，例如：

1.2.现象一：灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数且接近电源电压。分析：灯泡处断路。

2.3.现象二：灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数。分析：灯泡或电压表被短路。

3.4.现象三：无论怎样调节滑片，灯泡亮度不变，且电压表和电流表示数稳定不变。分析：滑动变阻器被接成了定值电阻（同时接了下端两接线柱）或同时接入了上端两接线柱（此时接入电阻为零）。

4.5.现象四：无论怎样调节滑片，灯泡亮度变化不明显，且电压表示数始终较大。分析：滑动变阻器选用的阻值太小。

6.【热点】安全与责任教育：再次强调在高于额定电压下测量功率时，灯泡异常明亮，灯丝温度极高，这让学生深刻体会到任何用电器都有其额定值，超过额定值使用非常危险，从而在生活中自觉养成安全用电的习惯。

7.课后延伸：引导学生思考，如果手边没有电压表，只有电流表和一个已知阻值的定值电阻，能否测量小灯泡的电功率？将探究从课内延伸到课外，激发学生的创新思维。

六、板书设计

第十八章第3节测量小灯泡的电功率

一、实验目的

测量小灯泡在不同电压下的电功率，探究亮度与实际功率的关系。

二、实验原理

P=UI

三、实验电路图

（在此处画出规范的实验电路图）

四、实验步骤

1.连：断开开关，按图连接电路，滑片置阻值最大端。

2.查：检查电路，试触。

3.调：调节滑片，使电压表示数分别为U额、<U额、>U额。

4.读：