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(xué)校作者姓名指導(dǎo)教師老師研究時間2015.9.15~2015.11.15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目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 I正文 2\o"CurrentDocument"1引言 2\o"CurrentDocument"1.1問題的提出 2\o"CurrentDocument"1.2研究的目的 2\o"CurrentDocument"1.3研究現(xiàn)狀綜述 3\o"CurrentDocument"1.4研究的意義 3\o"CurrentDocument"2研究內(nèi)容 4\o"CurrentDocument"2.1實驗對象 4\o"CurrentDocument"2.2實驗儀器和配套設(shè)備 4\o"CurrentDocument"2.3實驗地點 6\o"CurrentDocument"2.4研究步驟以及相關(guān)數(shù)據(jù)記錄 6\o"CurrentDocument"3研究結(jié)果及其分析 9\o"CurrentDocument"4結(jié)論 11\o"CurrentDocument"參考文獻 12摘要該探究性學(xué)習成果系統(tǒng)的實測的研究了額定電壓/功率為24V/15W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(yīng)的燈絲電阻發(fā)熱溫度，并對比利用專業(yè)設(shè)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%，同時實驗發(fā)現(xiàn)，燈泡的亮度會隨著電壓明顯改變，燈絲的亮度跟燈絲本身的溫度息息相關(guān)，燈絲溫度越高越亮，據(jù)分析，這是因為燈絲在不同電壓下電阻不同，從而實際的發(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R（T）隨著溫度變化的公式R（T）=R（1+aAT），a二4.5x10-3oC-i，AT二T-T，其中a為00金屬鎢的電阻溫度系數(shù)，R為鎢絲0°C的電阻，T為鎢絲的實際溫度，T=0OC,00利用這個公式可以很容易反推算出的理論燈絲溫度［1］，即1arr（t）-』RL0 」同時，這個理論值對比專業(yè)設(shè)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，我分析，教科書上的鎢絲燈燈絲電阻隨溫度的公式R（T）=R（1+aAT）只適合于接近額定電壓附近0情況此時鎢絲燈泡發(fā)光的溫度大約在1500度以上，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需要進一步研究來找到符合實際物理事實的公式。正文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(yīng)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°C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(dǎo)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(nèi)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，更適合于青少年讀書學(xué)習的照明用，所以本研究課題本著科學(xué)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(guān)系，利用課本查閱的理論公式推算對應(yīng)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R（T），深入了解這一常見生活用品背后的物理知識，1.2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(guān)系。該項研究的實驗對象和實驗條件較容易選取和構(gòu)建。我選定了額定電壓功率24V/15W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(xué)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R（T）是隨著溫度T變化的，滿足R（T）=R（1+aAT）,a=4.5x10仝oC-i，AT二T-T,00R是0°C的鎢絲電阻，T為燈絲實際溫度，T=0OC，這些信息我通過查閱物理課00本和習題以及網(wǎng)絡(luò)上的期刊都得到了，基本的歐姆定律的分壓法電路我也學(xué)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(yù)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(guān)于重要的專業(yè)設(shè)備HR2000+光譜儀，爸爸和他的同事教我學(xué)會了簡單入門的測試方法，也比較容易掌握。我預(yù)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(guān)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(guān)圖表等結(jié)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，低壓直流鎢絲燈泡，據(jù)查資料，它的工作電壓24V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(guān)于低壓直流鎢絲燈的電阻也有前人做了很多系統(tǒng)研究[1][3]，本項研究利用實驗的方法直接測量了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(guān)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，利用實驗的方法直接測量了24V/15W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R（T）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r(t\2研究內(nèi)容2.1實驗對象額定電壓/功率分別為24V/15W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(shè)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(dǎo)線若干，計算機和處理軟件MicrosoftofficeEXCEL；2.3實驗地點青島理工大學(xué)嘉陵江校區(qū)物理實驗中心電學(xué)實驗室303房間;2.4研究步驟以及相關(guān)數(shù)據(jù)記錄2?4?1電路原理圖設(shè)計U2額定電壓/功率為24V/15W規(guī)格鎢絲燈泡根據(jù)公式R=——初步估計電阻分P別為38.40根據(jù)物理課本的基本知識，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：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2.4.224V/15W燈泡實測數(shù)據(jù)將實驗室拉上窗簾，關(guān)閉照明電源，盡量減少雜光，室溫為15.6°C，此時的燈泡電阻阻值直接用數(shù)字萬用表測量為3.80，根據(jù)公式R6)=R0(1+?AT)帶入，可以算出0C時鎢絲燈泡的鎢絲電阻R= R(15.6) 沁3.550,0 1+0.0045x15.6所以對應(yīng)的鎢絲溫度TaR(T)LR010.0045躱-1?2222k282R(T)-譏然后，連接好電路，移動滑線變阻器，將初始燈泡電壓V設(shè)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(guān)，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(yīng)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，運行配套的

測試軟件，將光譜儀的測試口對準燈絲，讀出對應(yīng)的溫度，如表1所示：\序號項目\0123456789101112電壓值U(v)0.02.04.06.0&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實測燈絲溫度T(°C)12.5205.8400.5678.9900.81200.71455.81698.81856.51985.72100.42254.62335.8理論推導(dǎo)燈絲溫度T'(C)15.6372.5723.0992.21230.01424.11586.91749.61887.32006.32162.82256.72325.5表1.24V/15W燈泡數(shù)據(jù)3研究結(jié)果及其分析本實驗研究中，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：電阻R/歐姆45.0' 24V/15W鎢絲燈電阻電壓特性曲線圖40.035.030.025.020.015.0-Z10.0/5.0,?111111110.00.02.04.0 6.0 8.0 10.012.014.016.018.020.022.024.026.0電壓U/V圖10.24V/15W燈泡的電阻大小隨著電壓變化曲線圖圖中可以明顯看出，隨著鎢絲燈泡上的電壓增加，電阻是明顯增加的，從0V一

直到額定電壓24V，鎢絲電阻從3.8歐姆增加到了40.7歐姆，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%。24V/15W燈泡的電阻R大小隨著實測溫度變化曲線圖如圖11所示：電阻R/歐姆燈泡鎢絲電阻隨溫度變化曲線圖45.040.035.030.025.0- 嚴』20.015.010.05.00.0川八■.?■!：：'-/"百111110.0 500.0 1000.01500.02000.02500.0鎢絲溫度/度圖11.24V/15W燈泡的電阻大小隨著燈絲實測溫度變化曲線圖從圖中可以明顯的看出來，燈絲溫度從室溫15.8°C上升迅速，到了額定電壓的時候，溫度高達2335.8C，可以預(yù)計的是，如果繼續(xù)增加電壓，溫度會進一步上升，當超過了鎢絲的熔點3000C以上的話，燈絲就會融化燒斷了。另外，這張圖中的鎢絲的電阻，與溫度之間，并不是簡單的線性關(guān)系，而我查閱的公式R(T)=R(1+aAT)可以很容易看出來電阻和溫度的理論曲線應(yīng)該是一條直線，0溫度1500C左右以上的數(shù)據(jù)還能連成一條直線，但是低溫的時候數(shù)據(jù)點連起來明顯是一條彎彎的曲線。在做實驗測數(shù)據(jù)的過程中，我同時發(fā)現(xiàn)了一個很奇怪的現(xiàn)象，就是用公式

理論推導(dǎo)出來的鎢絲燈泡燈絲的溫度T'和HR2000+光譜儀直接測量的燈絲溫度

T，尤其是電壓和溫度相對比較低的時候差距比較大，為了更直觀的表現(xiàn)這種差

異，我把兩個系列的理論溫度值和實測值做成了一張對比圖，如圖12所示：圖12.燈絲溫度隨電壓變化曲線理論和實測數(shù)據(jù)對比圖圖中可以直觀的看出來，燈絲溫度的理論值和實測值在1700C左右以上符合的很好，而在比較低的溫度差異比較大。我分析，教科書上的鎢絲燈燈絲電阻隨溫度的公式R(T)=R(17A)只適合于接近額定電壓附近情況此時鎢絲燈泡發(fā)光0的溫度大約在1500C以上，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需要進一步研究來找到符合實際物理事實的公式。4結(jié)論該探究性的實驗系統(tǒng)的實測的研究了額定電壓/功率為24V/15W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(yīng)的燈絲電阻發(fā)熱溫度，并對比利用專業(yè)設(shè)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