1、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)律的實驗測量和探究作者學校 作者 指導教師老師研究時間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摘要I正 文 21弓I言21.1問題的提岀 21.2研究的目的21.3研究現(xiàn)狀綜述 31.4研究的意義32研究容42.1實驗對象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(jié)果及其分析 93.1研究結(jié)果93.2研究結(jié)果的分析 113.3手機對家蠶輻射的微觀機理解釋 114課題的討論 135結(jié)論 14參考文獻 15摘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/5

2、W，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

3、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RT 隨著溫度變化的公式RT R0(1T)，4.5 10 3 C-1， T T T。，其中 為金屬鎢的電阻溫度系數(shù)，R0為鎢絲0C的電阻，T為鎢絲的實際溫度，T。0 C ,利用這個公式可以很容易反推算出的理論燈絲溫度1，即T 丄R。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 T，在接近額定電壓 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圍的情況， 而在電壓剛開

4、 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。1引言1.1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3000C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2000C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)

5、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，更適合于青少年讀書學習的照明用， 所以本研究課題本著科 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HR2000+光譜儀直接測量所得的燈絲溫度進行對比研究，從研究結(jié)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RT ，深入了解這一常見生活用品背后的物理知識，1.2研

6、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(gòu)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：1、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)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(zhì)是鎢絲電阻 RT是隨著溫度T變化的，滿足RTR0(1T),4.5 10 3 C-1， T T

7、 T0,Ro是0C的鎢絲電阻，T為燈絲實際溫度，T0 0 C ,這些信息我通過查閱物理課本和習題以及網(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HR2000+ 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(jié)論的生成大致需要 3-4 周的周末

8、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(gòu)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研究的意義本項研究

9、，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 RT的隨溫度T變化的物理特性，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的結(jié)果來推測出更符合實際情況的鎢絲電阻隨溫度變化公式2研究容2.1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實驗儀器和配套設備圖2精度0.5的直流電流表1個，直流電壓表1個;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個圖6. HR2000+光譜儀及測試探頭和光纖導線若干，計算機

10、和處理軟件 Microsoft office EXCEL ；2.3實驗地點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)2公式R 初步估計電阻分別為 38.4 ,115.2 ,28.8 ,根據(jù)物理課本的基本知P識，我選擇電流表外接的分壓法電路，原理圖如圖7所示：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242 24V/15W燈泡

11、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158C，此時的燈泡電阻阻值直接用數(shù)字萬用表測量為 3.8 ，然后，連接好電路，移動滑線 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：序號 項目0123456789101112電壓值U(V)0.02.04.06.08.010.012.014.016.018.02

12、0.022.024.0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(C)15.8表1.24V/15W燈泡數(shù)據(jù)2.4.3 24V/5W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)0.02.04.06.0

13、8.010.012.014.016.018.020.022.024.0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(C)15.8表2. 24V/5W燈泡數(shù)據(jù)2.4.4 12V/5W燈泡數(shù)據(jù)電壓表量程選擇為15V，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,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：7號項目、0123456789101112電

14、壓值U(V)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.0電流值1(mA)0.0145195220245265280295310330345365375電阻R()2.86.910.313.616.318.921.423.725.827.229.030.132.0燈絲溫度(C)15.8表3. 12V/5W燈泡數(shù)據(jù)3研究結(jié)果及其分析3.1研究結(jié)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：圖10. 24V/15W燈泡的電阻大小隨著電壓變化曲線圖3.2研究結(jié)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

15、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 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

16、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，新代增快了。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(zhì)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(zhì)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(zhì)量降低，體長、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根據(jù)查閱參考文獻，我了解到，手機能夠隨時打，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

17、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的， 這些電磁輻 射主要產(chǎn)生的是熱效應，是蠶部溫度升高，細胞分裂速度新代速度會增快， 所以 實驗結(jié)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 蠶的腦、神經(jīng)節(jié)、食道、肌肉產(chǎn)生很多影響，從而

18、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(zhì)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。4課題的討論本課題研究方法是采用了對比的方法；構(gòu)建的無電磁輻射輻射環(huán)境，是利 用靜電屏蔽的理論；構(gòu)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(jié)果是通過飼養(yǎng)桑蠶，通過具體實踐環(huán)節(jié)實現(xiàn)，結(jié)果具有較強 的可靠性；本研究成果的價值：第一

19、，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；在接打時，最好先將手機遠離頭部，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 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。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B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。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(gòu)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(jié)合相關科研機構(gòu)，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(gòu)，進行強電磁輻射的實驗， 從