陈茜

【摘要】以初中物理教学内容“电功率的测量”为例，指导学生设计出不同的实验方案测量白炽灯电功率，并从实验原理、可行性方面对实验方案进行优化，选出最优方案.在此过程中，提高学生的实验能力，思维能力，提升学生的科学素养.

【关键词】实验方案;物理教学;科学素养

物理是一门以实验为基础的学科，在中考中实验题也占据了很大的比重.在实验的复习中，要特别重视实验过程中涉及的物理学思维方法，不仅要在体验中学习，而且要关注对不同实验方案的评价与交流.在实际操作中，不仅要考虑的实验原理的正确性，还要关注实验方案的可行性.通过评价与交流，让学生提高实验能力、表达能力、计算能力，知道自己实验设计的不足，会对实验方案进行设计与优化，选出最优方案.

电功率的测量是初中电学的重点内容，是中考中的必考内容，本文以复习课“电功率的测量”为例，指导学生设计出不同的实验方案测量白炽灯电功率，并从实验原理、可行性方面对实验方案进行优化，选出最优方案.

1 实验方案的选择——实验原理的正确性

问题1 测量白炽灯的电功率，用到的实验原理和实验器材是哪些？

完成相关练习题一道（如图1），请学生按照题目中的要求演示实验并回答相关问题，借此复习伏安法测灯泡电功率的实验.

练习 在测定“小灯泡电功率”的实验中，电源电压为4.5V，小灯泡额定电压为2.5V、电阻约为10Ω.

（1）请用笔代替导线，把实物图2补充完整.

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应位于 （选填“A”或“B”）端.

（3）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是 .

（4）电路故障排出后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P到某一位置时，电压表示数如图2所示，為 V，若想测量小灯泡的额定功率，应将图1中的滑片P向 （选填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5V.

（5）观看实验过程，小灯泡的额定功率是 W.

设计评析 教师利用学生比较熟悉的问题引入，学生较容易的答出实验原理是P=UI，实验器材是电流表、电压表.

问题2 上述原理适用测量实验室小灯泡的电功率，如果是家用白炽灯呢？

此时，学生能够答出实验原理是P=Wt，实验器材是电能表、秒表.

设计评析 通过上述两个问题，让学生初步了解到，根据所需测量用电器的不同，所选则的实验原理、器材、方案也应是不同的，为后续实验方案进一步的选择做铺垫.

问题3 如图3所示电能表，电能表示数是多少？电能表参数“1600imp/kWh”的含义？如何知道一段时间内用电器消耗的电能？

问题4利用此电能表和秒表，设计出具体方案，测量白炽灯电功率.

学生经过小组讨论，会给出如下几种不同的实验方案.

方案1 关闭其他用电器，只让白炽灯工作.通电1min，测电能表示数差;

方案2 关闭其他用电器，只让白炽灯工作.观察电能表示数，消耗0.1kW·h电能，测所用时间t;

方案3 关闭其他用电器，只让白炽灯工作.通电1min，测电能表指示灯闪烁次数n;

方案4 关闭其他用电器，只让白炽灯工作.电能表指示灯闪烁1次，测所用时间t.

2 实验方案的选择——实验方案的可行性

问题5 如果想在本节课，用秒表和上述电能表，测出下图4一只标识为“220V 100W”的白炽灯的额定功率，你会选择哪种方案？请通过计算说明.

设计评析 通过上述问题，引导学生通过计算，分析各个方案的可行性，从而根据实际情况选择最优方案.

学生经过小组讨论和计算，得出每种方案中要测量的数据大概为多少，再根据测量仪器的分度值等实际情况，分析能否方便、准确的测量出各方案中需要测的数据，从而判断此方案是否可行.

方案1 W=Pt=0.1kw×（1/60）h=0.0017kW·h，小于电能表的分度值为0.1kW·h，因此无法测出，方案不可行;

方案2t=W/P=0.1kW·h/0.1kw=1h，时间太长，无法在本节课堂上测出，方案不可行;

方案3 W=Pt=0.1kw×（1/60）h=0.0017kW·h，n=1600imp/（kW·h）·W≈2.7次，不是整数，无法数出次数，方案不可行;

方案4 W=1imp/1600imp/（kW·h）=1/1600kW·h=2250J，t=W/P=2250J/100w=22.5s，可以用秒表测出此时间，方案可行.

最终选择方案四作为最优方案，并进行实际测量.在实际操作中，灯泡在220V电压下工作，让电能表闪烁一次用时为21.2s，计算得出灯泡的额定功率：P=W/t=2250J/21.2s≈106.1W，大于其所标识的100W，可以引导分析讨论原因：可能是由于时间测量误差，或灯丝电阻偏小所致.

3 功率计量插座——新的选择

介绍功率计量插座，如图5可以直接在表盘上读出电功率的大小，操作简单快捷.用此功率计量插座，可以完成系列电学实验.

实验1 将白炽灯接入电路，发现实际功率由刚接通时的111.9W，逐渐下降，最终下降至111.4W.

学生讨论原因 根据公式P=U2/R，功率逐渐降低的原因可能是温度升高，灯丝电阻在变大.

实验2 将一盏台灯接入电路，台灯亮度有三个档位，亮度高、中、低时对应的实际功率分别为：7.9W、4.6W、2.3W.

学生讨论原因 实际功率越大，灯泡越亮.

教师追问 实际功率大的灯泡就一定更亮吗？

实验3 将一盏白炽灯和一盏LED灯并联接入电路，发现实际功率为6.8W的LED灯比实际功率为41.6W的白炽灯亮.

学生讨论原因 灯泡亮度不仅和实际功率有关，还和灯泡种类有关.LED的发光效率比白炽灯高.

设计评析 由此系列实验，学生能体会到功率计量插座的优越性，它简单便捷，可直接读出功率大小，帮助我们验证一些理论知识.

由功率计量插座完成的实验一，我们还发现了一个比较有趣的现象：将白炽灯接入电路的前15内，发现实际功率由刚接通时的111.9W，逐渐下降，最终下降至111.4W，画出其电功率随时间的变化图像如图6所示.而白炽灯泡的亮度却是逐渐升高的.

这和我们之前认知的灯泡实际功率却高，灯泡亮度越大不太吻合.我们对此现象的原因作出猜想：白炽灯是一种热辐射光源，电流通过钨丝后由于电流的热效应会使钨丝加热到白炽状态，其温度可高達两千摄氏度到三千摄氏度之间，灯丝在处于白炽状态时，就像烧红了的铁能发光一样而发出光来.灯泡接入电路中，温度越来越高，所以其亮度逐渐升高.灯泡的亮度不能只看实际功率.在此也提醒同学们学习时尽量避免思维定势.

4 结语

本堂复习课中学生设计出了不同的实验方案测量白炽灯电功率，并在教师的引导下从实验原理、可行性方面对实验方案进行优化，选出最优方案.在选择实验方案过程中，学生的实验能力、思维能力，计算能力得到提高，达成本节课的学习目标.

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