低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究

1、論文題目：論文題目：低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究的實驗測量和探究作者學校作者學校 作者姓名作者姓名 指導教師指導教師 老師老師研究時間研究時間 2015.9.152015.11.152015.9.152015.11.15低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究的實驗測量和探究i目目 錄錄摘摘 要要.I正正 文文 .21 引引 言言 .21.1 問題的提出.21.2 研究的目的.21.3 研究現(xiàn)狀綜述.31.4 研究的意義.32 研究內容研究內容 .42.1 實驗對

2、象.42.2 實驗儀器和配套.42.3 實驗地點.62.4 研究步驟以及相關數(shù)據(jù)記錄.63 研究結果及其分析研究結果及其分析 .83.1 研究結果.83.2 研究結果的分析.123.3 手機對家蠶輻射的微觀機理解釋.124 課題的討論課題的討論 .145 結論結論 .15參考文獻參考文獻 .16低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究i摘摘 要要 該探究性學習成果系統(tǒng)的實測的研究了額定電壓/功率分別為24V/15W，24V/5W，12V/5W 三種規(guī)格的低壓直流鎢絲燈泡的燈絲電阻 R 隨著燈絲電壓變化的規(guī)律，以及根據(jù)已有公式推算出對應的不同功率下的燈絲電阻發(fā)熱的溫度，并對比利

3、用專業(yè)設備 HR2000+光譜儀實測的鎢絲溫度數(shù)據(jù)進行了探究性的初步分析。通過實驗數(shù)據(jù)分析，得出鎢絲燈泡的燈絲電阻會隨著所加直流電壓明顯改變，當燈絲電壓為額定電壓大約 50%的時候，燈絲的實際電阻為額定電壓下燈絲電阻約 70%，而且額定電壓相同的鎢絲燈泡，額定功率越小，燈絲電阻隨著電壓變化的趨勢越明顯，同時實驗發(fā)現(xiàn)，燈泡的亮度會隨著電壓明顯改變，而燈絲的亮度跟燈絲本身的溫度息息相關，據(jù)分析，這是因為燈絲在不同電壓下實際的發(fā)光功率也不同，燈絲溫度相差比較大，從而發(fā)光的效果也會因此改變，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)測出每個不同大小電壓值下鎢絲的電阻 R，我發(fā)現(xiàn)，利用低壓直流燈泡燈絲金屬鎢的電阻隨著溫度變化的公式

4、TR，其中為金屬鎢的電阻溫 )1 (0TRTR0-13C105 . 4TTT，度系數(shù)，為鎢絲 0的電阻，為鎢絲的實際溫度，,利用這個公式0RTCT 00可以很容易反推算出的理論燈絲溫度1，即1)(10RTRT同時，這個理論值對比專業(yè)設備光譜儀直接實測的燈絲溫度，在接近額定電T壓的時候吻合的很好，在電壓低溫時理論和實際偏離的比較大，說明教科書上的鎢絲燈燈絲電阻隨溫度的經(jīng)驗公式只適合于額定電壓附近范圍的情況，而在電壓剛開始從零增加的時候是不符合的，低溫時候的電阻隨溫度公式根據(jù)數(shù)據(jù)處理 EXCEL 擬合為。低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究2正正 文文1 引引 言言1.1 問

5、題的提出問題的提出鎢絲燈泡是比較常見的照明用燈泡，它是利用電流的熱效應制成，其工作原理是，當電流通過燈絲（材料一般為鎢絲熔點 3000以上）時產(chǎn)生熱量，螺旋狀的燈絲不斷聚集熱量，當溫度達到 2000以上時，就會發(fā)出可見光，燈絲溫度越高，發(fā)出的光就越亮，雖然鎢絲燈泡由于發(fā)光原理，大量能量用于發(fā)熱，導致發(fā)光效率底下，耗電量比較大，所以逐步被低耗電高發(fā)光效率的節(jié)能燈，熒光燈等冷光源代替，然而，由于低能耗的節(jié)能燈、熒光燈發(fā)出的光內含相對比較多的紫外線，對人體體表尤其是青少年視力的影響問題逐步浮出水面2，曾經(jīng)被逐步取代的鎢絲燈作為黑體熱輻射光源，發(fā)出的光有類似太陽的連續(xù)光譜性，包含的紫外線比較少，更適合

6、于青少年讀書學習的照明用，所以本研究本研究課題本著科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，以我們生活中常見的低壓直流鎢絲小燈泡為研究對課題本著科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，以我們生活中常見的低壓直流鎢絲小燈泡為研究對象，用實驗的方法測得數(shù)據(jù)，深入研究鎢絲燈泡的核心部件象，用實驗的方法測得數(shù)據(jù)，深入研究鎢絲燈泡的核心部件-發(fā)光燈絲的電阻發(fā)光燈絲的電阻隨著所加電壓的變化規(guī)律以及發(fā)光燈絲的溫度與所加電壓的數(shù)值關系，利用課隨著所加電壓的變化規(guī)律以及發(fā)光燈絲的溫度與所加電壓的數(shù)值關系，利用課本查閱的理論公式推算對應不同電壓下的燈絲溫度以及使用本查閱的理論公式推算對應不同電壓下的燈絲溫度以及使用 HR2000+光譜儀直光譜儀直接測量所得的燈絲

7、溫度進行對比研究接測量所得的燈絲溫度進行對比研究，從研究結論中進一步得到低壓直流鎢絲燈的工作規(guī)律，實測驗證鎢絲燈泡鎢絲的電阻溫度電阻公式，深入了解這 TR一常見生活用品背后的物理知識，1.2 研究的目的研究的目的研究目的：我決定利用兩個月的課余時間來從實驗角度上，探究低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度、電壓變化規(guī)律以及這些物理量相互之間的關系。該項研究的實驗對象和實驗條件較容易選取和構建。我選定了三種不同額定電壓功率的低壓直流鎢絲燈泡作為研究的實驗對象，原因如下：低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究31、我的物理背景知識已經(jīng)具備。物理課本里了解到鎢絲燈（一般稱之為白熾燈）的發(fā)

8、光原理，也學習了基本的電壓電流的基本知識歐姆定律，然而鎢絲燈的燈絲的電阻卻是一個隨著電壓溫度變化的物理量，在不同電壓下會有不同的電阻大小，形成這種物理現(xiàn)象的本質是鎢絲電阻是隨著溫度變化的， TRT滿足 , 0-130C105 . 4),1 (TTTTRTR，,這些信息我通過查閱物理課CTTCR0000為燈絲實際溫度，的鎢絲電阻，是本和習題以及網(wǎng)絡上的期刊都得到了，基本的歐姆定律的分壓法電路我也學過了，所以我想通過自己連接電路并實測獲得一手的實驗數(shù)據(jù)來了解這一點。2、研究器材，場所條件具備，和研究預計所需時間合適。探究實驗所需要的器材和場所，爸爸工作單位的實驗室已經(jīng)具備，關于重要的專業(yè)設備HR2

9、000+光譜儀，爸爸和他的同事教我學會了簡單入門的測試方法，也比較容易掌握。我預計利用 3-4 個周末時間到實驗室做實驗，所有不同研究對象的所有相關數(shù)據(jù)的采集只需要 6-8 小時完成，之后的數(shù)據(jù)分析和相關圖表等結論的生成大致需要 3-4 周的周末時間就可以。3、考慮到實驗的安全性，選擇了低壓直流額定電壓/功率分別為24V/15W，24V/5W，12V/5W 三種規(guī)格的低壓直流鎢絲燈泡，據(jù)查資料，它們的工作電壓都在人體安全電壓 36V 以下。1.3 研究現(xiàn)狀綜述研究現(xiàn)狀綜述鎢絲燈作為人類最早的照明電器在歷史上起到了不可或缺的作用，關于低壓直流鎢絲燈的電阻也有前人做了很多系統(tǒng)研究13，本項研究利用

10、實驗的方法直接測量了三種不同規(guī)格的低壓直流鎢絲燈的電阻隨電壓和溫度變化的規(guī)律，以及利用理論推算不同電壓下的燈絲溫度和實測燈絲溫度的對比，通過查閱相關文獻，知道現(xiàn)無任何研究機構個人做過這方面的實驗研究。所以，本課題有一定創(chuàng)新性，原創(chuàng)性。1.4 研究研究的意義的意義本項研究，利用實驗的方法直接測量了三種不同規(guī)格的低壓直流鎢絲燈的低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究4電阻隨電壓和溫度變化的規(guī)律，以及利用理論推算不同電壓下的燈絲溫度和實測燈絲溫度的對比，可以進一步驗證鎢絲電阻的隨溫度變化的物理特性， TRT并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的結果來推測出更符合實際情況的鎢絲電阻隨溫度變化公式. TR

11、2 研究內容研究內容2.1 實驗對象實驗對象額定電壓/功率分別為 24V/15W，24V/5W，12V/5W 三種規(guī)格鎢絲燈泡; 圖 1.實驗所測低壓直流鎢絲燈泡2.2 實驗儀器實驗儀器和配套和配套設備設備圖 2.精度 0.5 的直流電流表 1 個，直流電壓表 1 個；低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究5圖 3.滑線變阻器 1 個圖 4.HH1713 型直流穩(wěn)壓電源 1 個 圖 5.數(shù)字萬用表 1 個低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究6 圖 6. HR2000+光譜儀及測試探頭和光纖導線若干，計算機和處理軟件 Microsoft office E

12、XCEL；2.3 實驗實驗地點地點青島理工大學嘉陵江校區(qū)物理實驗中心電學實驗室 303 房間；2.4 研究步驟以及相關數(shù)據(jù)記錄研究步驟以及相關數(shù)據(jù)記錄2.4.1 電路原理圖設計電路原理圖設計額定電壓/功率分別為 24V/15W，24V/5W，12V/5W 三種規(guī)格鎢絲燈泡根據(jù)公式初步估計電阻分別為根據(jù)物理課本的基本知PUR2,8 .28,2 .115,4 .38識，我選擇電流表外接的分壓法電路，原理圖如圖 7 所示：低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究7 圖 7.分壓法外接測試電路圖實驗實物連接原理示意圖如圖 8 所示：圖 8.分壓法外接測試實物連接示意圖我自己動手連接的

13、實驗實物連接原理實拍照片如圖 9 所示：圖 9. 分壓法外接測試實物連接實拍照片2.4.2 24V/15W 燈泡數(shù)據(jù)燈泡數(shù)據(jù)將實驗室拉上窗簾，關閉照明電源，盡量減少雜光，室溫為 15.8，此時的燈泡電阻阻值直接用數(shù)字萬用表測量為，然后，連接好電路，移動滑線8 . 3變阻器，將初始燈泡電壓 V 設置為零，電壓表量程選擇為 30V，電流表量程選擇為 750mA,打開穩(wěn)壓電源開關，逐步移動滑線變阻器，改變燈泡上的電壓，分別從 0V，2.0V,4.0V,為間隔，記錄對應的電流數(shù)據(jù)，同時打開 HR2000+光譜儀的電源，連接到電腦 USB 插口，將光譜儀的測試口對準燈絲，讀出對應的溫度，如表 1 所示：

14、低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究8序號項目0123456789101112電壓值U(V)0.02.04.06.08.010.012.014.016.018.020.022.024.0電流值I（mA）0210265310345380415445475505525555589電阻 R()3.89.515.119.423.226.328.931.533.735.638.139.640.7燈絲溫度（）15.8表 1. 24V/15W 燈泡數(shù)據(jù)2.4.3 24V/5W 燈泡數(shù)據(jù)燈泡數(shù)據(jù)同樣暗室環(huán)境下，電壓表量程選擇為 30V，電流表量程選擇為 300mA,打開穩(wěn)壓電源開關，逐步

15、移動滑線變阻器，改變燈泡上的電壓，分別從0V，2.0V,4.0V,為間隔，記錄對應的電流數(shù)據(jù)和燈絲對應的溫度，如表 2 所示：序號項目0123456789101112電壓值U(V)0.02.04.06.08.010.012.014.016.018.020.022.024.0電流值I（mA）05481101118134149164176189201216230電阻 R()28.537.049.459.467.874.680.585.490.995.299.5101.9104.3燈絲溫度（）15.8表 2. 24V/5W 燈泡數(shù)據(jù)2.4.4 12V/5W 燈泡數(shù)據(jù)燈泡數(shù)據(jù)電壓表量程選擇為 15V，

16、電流表量程選擇為 750mA,打開穩(wěn)壓電源開關，低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究9逐步移動滑線變阻器，改變燈泡上的電壓，分別從 0V,1.0V,2.0V,為間隔，記錄對應的電流數(shù)據(jù)和燈絲對應的溫度，如表 3 所示：序號項目0123456789101112電壓值U(V)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.0電流值I（mA）0.0145195220245265280295310330345365375電阻 R()2.86.910.313.616.318.921.423.725.827.229.030.132.0燈絲溫度（）15

17、.8表 3. 12V/5W 燈泡數(shù)據(jù)3 研究結果及其分析研究結果及其分析3.1 研究結果研究結果本實驗研究中，綜合以上數(shù)據(jù)，24V/15W 燈泡的電阻 R 大小隨著電壓 U變化曲線圖如圖 10 所示：24V/15W鎢 絲 燈 電 阻 電 壓 特 性 曲 線 圖0.05.010.015.020.025.030.035.040.045.00.02.04.06.08.010.012.0 14.016.018.0 20.022.0 24.026.0電 壓 U/V電 阻 R/歐 姆低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究10圖 10. 24V/15W 燈泡的電阻大小隨著電壓變化曲線圖

18、低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究113.2 研究結果的分析研究結果的分析從實驗數(shù)據(jù)分析，可以得出手機的電磁輻射對桑蠶的孵化和成長過程是有相當顯著的負面影響的。第一，相對無輻射家蠶組，有輻射家蠶組孵化時間很短，孵化率只有無輻射組的一半兒左右，很多卵都死亡了；整個飼養(yǎng)過程中，兩組飼養(yǎng)方式，投食頻率投食食物相同，但最終順利長大的無輻射家蠶組有 21 條，而有輻射組只順利存活了 4 條，死亡率是無輻射家蠶組的 4 倍多；這可以很明顯的看出，手機的電磁輻射對蠶的生命生存能力造成的不良影響很大。第二，無輻射家蠶組 I 的 25 粒卵平均用了 10.0 天孵化出，有輻射家蠶組II

19、的只用了 5.5 天孵化出，少用了幾乎一半兒的時間，無輻射家蠶組的幼蟲階段生長周期從孵化到完成所有蛻皮平均一共 30 天，有輻射家蠶組一共大約用了23 天，比無輻射組短了 7.0 天，由此可見，手機輻射環(huán)境下的不論是蠶卵的孵化還是幼蟲的生長過程中明顯發(fā)育速度增加，新陳代謝增快了。第三，無輻射組蠶幼蟲最終體長平均 42.00mm 直徑 6.20mm，平均近似質量 1.268g， ，有輻射組的最終平均體長 33.00mm 直徑 5.00mm，平均近似質量0.647g 分別比對照無輻射組少了 21%,19%和 49%，由此可見，手機輻射環(huán)境下的蠶幼蟲發(fā)育雖然速度增快了，但是生長發(fā)育的質量降低，體長、

20、直徑、平均體重都明顯的比無輻射組要差。3.3 手機對家蠶輻射的微觀機理解釋手機對家蠶輻射的微觀機理解釋根據(jù)查閱參考文獻，我了解到，手機能夠隨時打電話，是因為通過手機上的天線收發(fā)的電磁波，頻率在 8001800 兆赫。當電磁輻射照射生物活時，一部分電磁波被反射，另外一部分被吸收。而吸收的多少與生物體中組織的含水量有關：含水量高的組織，如血液，吸收電磁輻射的能量較多；含水量低的組織，如脂肪、骨骼，吸收的能量較少。在我設計的實驗中，手機輻射組中，手機電磁波作用于桑蠶全身，桑蠶內低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究12部沒有骨骼，大約含有 98%的水分，所以對電磁輻射的吸收是很強

21、的，這些電磁輻射主要產(chǎn)生的是熱效應，是蠶內部溫度升高，細胞分裂速度新陳代謝速度會增快，所以實驗結論中發(fā)現(xiàn)的輻射環(huán)境中蠶卵孵化加速，生長蛻皮都加速現(xiàn)象可以得到初步的解釋；同時，在此過程中，電磁波肯定會對以更加復雜和不可預知的方式對桑蠶的內腦、神經(jīng)節(jié)、食道、肌肉產(chǎn)生很多影響，從而使得本次探究實驗中生長環(huán)節(jié)中兩組桑蠶的各項參數(shù)都有很大的差異，而且是不良影響。所以，我認為，同樣作為生物體的我們，在生長發(fā)育中，雖然個體和質量要遠遠超過蠶寶寶，但是手機輻射在使用過程中非常集中的被腦組織吸收，局部也會形成熱效應損傷腦組織，會干擾人體的生理系統(tǒng)。所以我們青少年要格外謹慎地使用手機，認真做好防護工作。低壓直流鎢

22、絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究134 課題的討論課題的討論本課題研究方法是采用了對比的方法；構建的無電磁輻射輻射環(huán)境，是利用靜電屏蔽的理論；構建的強電磁輻射環(huán)境，利用常規(guī)的 3G、4G 無線通信網(wǎng)絡信號，這些都具有較強的科學性；本課題研究結果是通過飼養(yǎng)桑蠶，通過具體實踐環(huán)節(jié)實現(xiàn)，結果具有較強的可靠性；本研究成果的價值：第一，對于青少年必須學會科學使用手機，盡可能減少手機使用頻率，在第一，對于青少年必須學會科學使用手機，盡可能減少手機使用頻率，在必須要較長時間通話時，左右耳交替；在接打電話時，最好先將手機遠離頭部，必須要較長時間通話時，左右耳交替；在接打電話時，最好先將手機遠離

23、頭部，以避免手機較大功率發(fā)射時對頭部的輻射。以避免手機較大功率發(fā)射時對頭部的輻射。第二呼吁社會及電磁波管理部門的重視，加強對電磁波的合理使用。電第二呼吁社會及電磁波管理部門的重視，加強對電磁波的合理使用。電磁輻射污染看不見摸不著，不易被感知，我們應該小心對待。電磁波管理部門磁輻射污染看不見摸不著，不易被感知，我們應該小心對待。電磁波管理部門在技術層面做好功率大小控制，科學的管理。在技術層面做好功率大小控制，科學的管理。第三，青少年必須注意科學飲食，平時多吃一些水果蔬菜，尤其是富含維第三，青少年必須注意科學飲食，平時多吃一些水果蔬菜，尤其是富含維生素生素 B 的食物，如胡蘿卜、海帶、油菜、卷心菜

24、及動物肝臟等，增加機體抵抗的食物，如胡蘿卜、海帶、油菜、卷心菜及動物肝臟等，增加機體抵抗電磁輻射污染的能力。電磁輻射污染的能力。當然，本課題目前研究有其局限性，首先，實驗桑蠶的數(shù)量不夠大，生物統(tǒng)計學意義的會因此降低，另外，對于用圓形金屬鐵盒加蓋通過導線鱷魚夾連接到鐵的暖氣片上，理論上可以屏蔽掉大多數(shù)的電磁輻射，在實際環(huán)境里面還是存在微弱的電磁輻射的。對于提供的手機構建的強電磁輻射環(huán)境，是簡單的，而且沒有精確的對手機輻射量定量的測量，其提供的電磁輻射還是不夠強。進一步研究的建議，最好能結合相關科研機構，提供更加微弱電磁輻射的環(huán)境進行無電磁輻射的實驗；提供強磁場源的科研機構，進行強電磁輻射的實驗，從而得到更明顯的實驗結論。低壓直流鎢絲燈泡燈絲電阻隨溫度電壓變化規(guī)律的實驗測量和探究145 結論結論本研究解決了一直困擾我們電磁輻射對生物體影響的問題。研究結果說明：從桑蠶的成長過程，可以看到，電磁