实验7：测量小灯泡的额定功率-九年级全一册物理学科核心素养导向教学设计（沪粤版）

实验7：测量小灯泡的额定功率——九年级全一册物理学科核心素养导向教学设计（沪粤版）

一、教学背景分析与课标解读

（一）课程定位与价值

本节课“测量小灯泡的额定功率”是沪粤版九年级全一册第十七章“电能与电功率”的核心实验内容，属于义务教育物理课程标准（2022年版）中“能量”主题下的“电磁能”部分。【基础】【重要】该实验不仅是电学部分最重要的学生分组实验之一，更是对欧姆定律、电功、电功率、串联电路、电压表与电流表使用等核心知识的综合应用与实践检验。【非常重要】它承载着从理论计算（P=UI）到实际测量、从理想模型到真实情境过渡的关键功能，是培养学生物理观念、科学思维、科学探究能力及科学态度与社会责任感的绝佳载体。本设计紧扣沪粤版教材“实验探究”的编写理念，强调在“做中学”和“用中学”，力求将核心素养的培育贯穿于实验教学的每一个环节。

（二）学情精准画像

授课对象为九年级学生。在此之前，学生已经学习了欧姆定律，认识了电功和电功率的基本概念，知道额定电压和额定功率的含义，并且已经具备了一定的电路连接基本技能，如连接简单的串联、并联电路，能够正确使用电压表和电流表进行基本测量。【基础】然而，学生在以下几个方面仍存在认知障碍和能力短板：【难点】其一，对滑动变阻器在电路中的多重作用（保护电路、调节电压）理解不够深刻，实际操作中调节的精细度不足；其二，对实验数据的处理和分析能力较弱，尤其是处理非额定电压下的数据并归纳出实际功率与电压的关系时，逻辑推理可能不够严密；其三，对于实验过程中可能出现的电路故障（如小灯泡断路、短路，滑动变阻器连接错误等），缺乏系统的分析和排查能力；其四，对额定功率概念的理解往往停留在字面，容易在测量过程中忽略“让小灯泡在额定电压下发光”这一核心实验目的。【高频考点】

二、教学目标设计（指向核心素养）

依据课程标准，结合学情，确立如下四维教学目标：

（一）物理观念

1.通过实验测量，深化对电功率概念的理解，能准确区分额定电压与实际电压、额定功率与实际功率，形成正确的能量观。【重要】

2.能从能量转化的角度解释小灯泡发光亮度与实际功率的关系，建立“用电器工作时电能转化为光能和内能”的物理观念。

（二）科学思维

3.能够基于P=UI的原理，设计测量小灯泡额定功率的实验方案，经历从理论公式到实验方案的建模过程。【基础】

4.在分析实验数据时，能运用比较、分类、归纳等方法，得出“小灯泡的实际功率随其两端电压的变化而变化，且实际功率越大，灯泡越亮”的结论。

5.在评估交流环节，能对实验误差产生的原因进行合理分析和推理，培养批判性思维。

（三）科学探究

6.能根据实验目的，说出实验的原理，并独立设计出记录实验数据的表格。【基础】

7.能按照电路图正确、规范地连接实物电路，并在连接过程中养成断开开关、检查电路的良好习惯。【非常重要】

8.能熟练、协同地操作滑动变阻器、电压表和电流表，使小灯泡两端电压分别等于、略高于和略低于额定电压，并准确读取和记录三组数据。【热点】【重要】

9.能根据实验数据计算出小灯泡的额定功率和在不同电压下的实际功率，并能分析小灯泡的亮度与其实际功率的关系。

（四）科学态度与责任

10.在实验操作中，养成严谨细致、实事【求是】的科学态度，如实记录实验数据，不随意篡改或编造数据。

11.通过小组合作，培养交流、协作、分享的团队精神。

12.通过对实验故障的排查与解决，体会科学探究的曲折与乐趣，增强克服困难的信心。

三、教学重难点确定

（一）教学重点

1.用伏安法测量小灯泡额定功率的原理和方法。【基础】

2.电路的正确连接及滑动变阻器的规范操作。【高频考点】

（二）教学难点

3.调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压精确等于额定电压（2.5V）的操作技巧。【难点】

4.对实验数据的分析处理，以及对实际功率与灯泡亮度关系的理解。【难点】

5.对实验过程中出现的电路故障进行诊断与排除。

四、教学方法与策略

（一）教法

采用“问题驱动法”与“引导探究法”相结合。以“如何知道一个小灯泡发光的真实代价（功率）”为核心驱动问题，引导学生自主设计实验、动手探究、分析数据、得出结论。教师在整个过程中扮演“导演”和“顾问”的角色，适时点拨，引导思维走向深入。

（二）学法

倡导“自主、合作、探究”的学习方式。学生在小组内分工协作（如一人操作，一人记录，一人监督，全员参与讨论），通过动手实践、观察思考、数据分析、交流讨论，主动建构知识体系。【重要】

（三）教学媒体与资源

1.实验器材：学生电源（或干电池组）、额定电压为2.5V的小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器（20Ω）、开关、导线若干。（每组一套）【基础】

2.数字化资源：希沃白板5（或类似互动教学平台），用于展示电路图、动态模拟滑动变阻器调节过程、投屏展示学生实验现象与数据、播放规范操作微视频。【重要】

五、教学实施过程（核心环节，详细展开）

本过程设计为“情景导入-设计论证-精准操作-数据深析-拓展提升-总结评价”六个环节，环环相扣，层层递进，总时长约45分钟。

（一）创设情境，聚焦问题（约3分钟）

【教师活动】在讲台上展示两个铭牌模糊的小灯泡，一个标有“2.5V0.3A”，另一个标签已模糊不清。提问：“同学们，我这里有两个小灯泡，一个我知道它在2.5V电压下工作时的功率大约是0.75W，但另一个我完全不知道它正常工作时的功率是多少。谁能帮我想个办法，测量出这个小灯泡在额定电压下发光时的功率？”

【学生活动】思考、讨论，部分学生可能想到用电压表和电流表，根据P=UI来计算。

【设计意图】从生活中的实际问题出发，激发学生的好奇心和解决问题的欲望，自然引出本节课的主题——测量小灯泡的额定功率，同时也巩固了功率的计算原理。【重要】此环节将抽象的物理概念与生活情境关联，体现了“从生活走向物理”的理念。

（二）原理回顾，方案设计（约5分钟）

【教师活动】肯定学生的思路，引导学生回顾电功率的基本计算公式P=UI。提出问题：“那么，要测量U和I，我们需要用到什么器材？如何把它们连接起来？为了保护电路和让小灯泡两端电压达到额定值，我们还需要加入什么元件？”【基础】

【学生活动】小组讨论，回顾电压表、电流表的使用规则，以及滑动变阻器在电路中的作用。尝试在草稿纸上画出测量小灯泡电功率的电路图。教师巡视，选取有代表性的电路图（包括正确和可能存在错误的）通过希沃投屏展示。

【教师活动】组织学生对展示的电路图进行点评和修正。重点强调：

1.电压表必须并联在小灯泡两端。

2.电流表必须串联在电路中。

3.滑动变阻器必须“一上一下”接入电路，且在闭合开关前，滑片应置于阻值最大端。【非常重要】

【共同确认】最终确定标准的伏安法测功率电路图，并引导学生思考：为了测量额定功率，我们需要调节滑动变阻器，使电压表的示数等于小灯泡的额定电压（2.5V）。

【设计意图】让学生经历自主设计实验方案的过程，不仅复习了已有知识，更锻炼了科学探究的第一步——设计实验与制订方案。通过互评纠错，加深了对电路连接规范的理解。

（三）分工协作，精准测量（约22分钟）

这是本节课的核心环节，要求操作精细、数据真实。【非常重要】

【教师活动】提出明确的操作要求和注意事项：

1.安全第一：连接电路时，开关必须断开。【基础】

2.规范操作：电流从电压表和电流表的正接线柱流入，负接线柱流出。【基础】

3.协同配合：小组内明确分工，操作员负责连接电路和调节滑动变阻器，观察员负责观察电表指针变化，记录员负责记录数据，确保每一次读数都快速、准确。

4.精细调节：调节滑动变阻器时，要缓慢移动滑片，眼睛要始终盯着电压表的指针，使其示数精确地指向2.5V（额定电压）。然后迅速读取并记录电流表的示数。

5.数据测量：完成额定电压下的测量后，继续调节滑片，使电压表的示数略高于额定电压（如3V，但注意不能长时间超过额定电压的1.2倍，以免烧坏灯泡）和略低于额定电压（如2V），分别记录下对应的电压和电流值。【热点】

【学生活动】各小组开始动手实验。

6.连接电路：按照电路图摆放器材，连接电路。连接过程中，教师巡回指导，及时发现并纠正连接错误，如电压表、电流表量程选择不当，滑动变阻器接法错误等。

7.检查电路：连接完毕后，经教师或小组内检查无误后，方可闭合开关进行实验。

8.初次试触：闭合开关，迅速观察电表偏转情况，判断量程选择是否合适，若指针偏转过小，则应换用小量程以提高读数精度。

9.测量并记录数据：

1.10.第一次测量（额定电压）：【重要】学生小心移动滑片，使电压表示数精确到2.5V，记录电流表示数I1。观察此时小灯泡的发光亮度，描述为“正常发光”。

2.11.第二次测量（略高于额定电压）：缓慢移动滑片，使电压表示数稳定在3.0V（或根据灯泡规格适当调整），迅速记录电流表示数I2。观察灯泡亮度，描述为“很亮”。

3.12.第三次测量（略低于额定电压）：缓慢移动滑片，使电压表示数稳定在2.0V，记录电流表示数I3。观察灯泡亮度，描述为“较暗”。

【重点指导】教师在巡视过程中，重点关注学生在“精细调节电压至额定值”这一操作上遇到的困难。对于调节过冲或达不到的现象，及时给予方法指导：告诉学生滑动变阻器的调节不是一步到位，而是要“先粗调后微调”，在接近目标值时更要小心缓慢地移动滑片。【难点突破】

【生成性问题处理】对于实验中出现的小灯泡不亮、电表指针反偏、示数异常等故障，教师不急于直接给出答案，而是引导学生根据电路原理进行排查。例如：

1.灯泡不亮但电压表有示数且接近电源电压？——提示：电压表相当于直接接在了电源两端，说明灯泡处可能发生了断路。【高频考点】

2.灯泡不亮，电流表和电压表都没有示数？——提示：可能是电路中某处发生了断路，检查开关、导线连接点。

3.无论怎么调节滑动变阻器，灯泡亮度几乎不变？——提示：检查滑动变阻器的接线柱，是否将上面两个或下面两个接线柱同时接入了电路。

通过引导学生自主排除故障，提升其解决实际问题的能力。

（四）数据分析，归纳规律（约7分钟）

【教师活动】组织各小组汇报自己的实验数据，并在黑板上或通过表格汇总几组有代表性的数据。引导学生观察和思考：【难点】

1.请同学们根据公式P=UI，计算出三次测量中小灯泡的功率。

2.将计算出的功率与对应的灯泡亮度联系起来，你能发现什么规律？

3.三次测量中，哪一次测量的功率是额定功率？额定功率有什么特点？

【学生活动】分组计算数据，讨论并得出结论。

1.结论1：小灯泡的功率随着它两端电压的改变而改变。电压越大，功率越大。【基础】

2.结论2：小灯泡的亮度是由它的实际功率决定的，实际功率越大，灯泡越亮。【重要】

3.结论3：当U实=U额时，P实=P额，此时灯泡正常发光；当U实>U额时，P实>P额，灯泡比正常时亮，寿命会缩短，易烧坏；当U实<U额时，P实<P额，灯泡比正常时暗。【高频考点】【重要】

【教师活动】进一步追问：“为什么小灯泡的电阻不随温度变化，但我们在实验中通过计算发现，在不同电压下算出的电阻值（R=U/I）并不相同？这说明了什么？”引导学生认识到小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大，深化对电阻影响因素的理解，也为后续学习焦耳定律埋下伏笔。【跨学科视野：材料学】

（五）评估交流，拓展创新（约5分钟）

【教师活动】提出问题引导学生进行反思和评估：

1.我们的测量结果准确吗？可能产生误差的原因有哪些？（引导学生从仪器精度、读数方法、导线电阻、电表内阻等方面思考）【重要】

2.本实验我们采用的是“伏安法”，但如果手头没有电压表，只有一个电流表和一个已知阻值的定值电阻，你还能测出小灯泡的额定功率吗？如果能，该如何设计电路？【拓展】

【学生活动】小组讨论误差来源（如读数时视线不水平、电表指针未调零、导线电阻的分压作用等）。对于拓展问题，部分学有余力的学生可能会想到利用并联电路电压相等的原理，用电流表和定值电阻间接测出电压，即“安阻法”测功率。

【设计意图】评估交流环节是科学探究的重要组成部分，有助于培养学生严谨的科学态度。而拓展性问题则打破了定势思维，鼓励学生从不同角度思考问题，培养创新意识和知识迁移能力。

（六）课堂小结，作业布置（约3分钟）

【教师活动】引导学生回顾本节课的核心内容和收获。

1.知识点：测量小灯泡额定功率的原理（P=UI）、电路图、实验步骤。【基础】

2.操作技能：滑动变阻器的精细调节、电表的正确使用。

3.数据处理：额定功率与实际功率的区别与联系，灯泡亮度与实际功率的关系。【重要】

【作业布置】

4.【基础作业】完成实验报告，要求数据真实、图表清晰、结论准确。

5.【拓展作业】思考并尝试设计：如果没有电流表，只有一个电压表和一个已知阻值的定值电阻，如何测量小灯泡的额定功率？画出电路图，写出简要步骤和表达式。

6.【实践作业】回家观察家里电灯的铭牌，并尝试估算如果电压降低10%，其实际功率会变为原来的百分之几？（假设灯丝电阻不变）

六、板书设计（结构化呈现）

实验7：测量小灯泡的额定功率

一、实验原理：P=UI（伏安法）【基础】

二、实验器材：电源、开关、导线、小灯泡(2.5V)、电压表、电流表、滑动变阻器【基础】

三、实验电路图：（此处手绘标准电路图，包含电源、开关、滑动变阻器、小灯泡、电压表并联、电流表串联）【非常重要】

四、实验步骤：

1.连：按图连接，开关断开，滑片P在阻值最大处。【基础】

2.查：检查电路，试触选量程。

3.调：调滑片P，使电压表示数U=U额（2.5V），记下I额。

4.再调：调滑片P，使U略高于/低于U额，记下U、I。

5.算：计算