“自制燈泡”小實驗的設(shè)計與拓展

程睿

【摘 要】設(shè)計物理小實驗是一種極其有意義的工作，而課外物理小實驗的設(shè)計也成為了高中學(xué)生很感興趣的一件事。高中物理小實驗的設(shè)計與實現(xiàn)，不僅有利于培養(yǎng)創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力，而且有利于加深對物理知識和原理的理解。在學(xué)習(xí)和借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，利用已學(xué)物理知識，利用課余時間進(jìn)行了“自制燈泡”的設(shè)計與拓展，并形成了自己的心得體會，相信有助于提高自身對物理小實驗的設(shè)計興趣，便于進(jìn)一步提高高中物理學(xué)習(xí)效率。

【關(guān)鍵詞】高中物理；實驗設(shè)計；模擬弧光燈；自制燈泡

本文的實驗設(shè)計主要分為兩部分，一部分是模擬弧光燈實驗，一部分是自制燈泡部分。前一部分實驗是基礎(chǔ)性實驗，是自制燈泡實驗的鋪墊小實驗。之所以會想到設(shè)計這個實驗，主要是要進(jìn)一步認(rèn)識電路的意義、強(qiáng)化安全用電的意識、學(xué)會簡單連接電路，這是本文實驗的研究目的，也是實驗設(shè)計的根本出發(fā)點(diǎn)。

一、實驗材料與方法

實驗一：自動鉛筆芯、導(dǎo)線、六節(jié)干電池、膠帶、小刀、紙板；

實驗二：自動鉛筆芯、導(dǎo)線、燒杯、六節(jié)干電池、泡沫、小刀、膠帶。

二、實驗方法

（一）實驗一

1.刮去自動鉛筆芯表面涂層，以確保導(dǎo)電性；

2.用導(dǎo)線將電池進(jìn)行串聯(lián)處理，并用膠帶和紙板加以固定，以此形成電壓在8v以上的電源；

3.將兩根自動鉛筆芯連接到干電池兩極上，一根連在正極上，一根連在負(fù)極上，并確保兩根鉛筆芯靠近但不接觸，同時一定要確保電源總電壓在8v以上；

4.讓與正負(fù)極相連的筆芯慢慢接近，然后仔細(xì)觀察現(xiàn)象。

（二）實驗二

1.用小刀將泡沫中間摳出一個凹槽，讓后將六節(jié)干電池放入，準(zhǔn)備做出一個至少8v的電源；

2.用導(dǎo)線將電池串聯(lián)起來，并注意導(dǎo)線要走“S”路線，以避免發(fā)生短路。然后用膠帶將電池進(jìn)行固定處理，確保每節(jié)電池的正負(fù)極接觸到位；

3.將同處一邊的電池正極和負(fù)極用導(dǎo)線導(dǎo)線進(jìn)行連接，首節(jié)電池和末節(jié)電池分別用導(dǎo)線連出一個抽頭，用來連接自動鉛筆芯。隨后抽出一個抽頭，將自動鉛筆芯與之相連，然后再接通電路；

4.用小刀刮掉鉛筆芯外層涂層，以確保其導(dǎo)電性良好，將自動鉛筆芯兩端連接到干電池兩極導(dǎo)線抽頭上。

5.將鉛筆芯小部分放入燒杯之中，隨后接通電路，并仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象。

三、實驗結(jié)果

（一）實驗一

通過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩根鉛筆芯靠近時會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，并伴有耀眼白光出現(xiàn)，這就是最原始的弧光燈。由所學(xué)知識可知，弧光燈是利用電極之間所形成的電光。之所以選擇鉛筆芯，是因為鉛筆芯主要成分為碳，而碳具有非常好的導(dǎo)電性，生活中常見的電池中就有碳棒，在電池中作為正極存在。兩個鉛筆芯之間沒有完全接觸，但彼此之間的空氣被電離，所以中間的空氣也具有了導(dǎo)電性，成為了電路的一部分。如果長時間讓兩根鉛筆芯處于這種狀態(tài)，那么在電流作用下鉛筆芯會溫度會不斷升高。電弧就是電離空氣的原理，通常被應(yīng)用在金屬切割領(lǐng)域。通過該試驗也讓我認(rèn)識到了弧光的危險，小小的電池就能夠讓鉛筆芯發(fā)熱，可想而知220v的電壓會有多大的破壞力，而最早的家用電源在開或關(guān)時就非常容易產(chǎn)生電弧。人體可承受的安全電壓是36v，一旦超出這個值就會對身體造成傷害，甚至可能引發(fā)身亡。因此，必須強(qiáng)化安全用電意識。在該實驗操作過程中，一定要將電壓控制在安全范圍內(nèi)，本實驗的8v電壓完全能夠滿足實驗要求。另外，除了弧光燈，白熾燈也是現(xiàn)代照明的開端，雖然已逐漸被節(jié)能燈代替，但白熾燈有一個世紀(jì)多的發(fā)展史，在人類生產(chǎn)生活中發(fā)揮了重要作用，這也為實驗二的設(shè)計與實現(xiàn)奠定了良好基礎(chǔ)。

（二）實驗二

在接通電路的一瞬間，鉛筆芯就產(chǎn)生了耀眼白光，就如同生活中的白熾燈一般。電從電池的正極流出，通過導(dǎo)線從鉛筆芯的一個連接點(diǎn)進(jìn)入，再經(jīng)過鉛筆芯從另一個連接點(diǎn)流出，順著導(dǎo)線又流回到電池的負(fù)極，這樣就形成一條回路。這條路通了，就會產(chǎn)生光亮，而這就是燈泡的工作原理。但沒用多長時間，鉛筆芯因高溫而斷裂，而燒掉的部分如同發(fā)絲般纖細(xì)。隨后，筆者重復(fù)實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這次的鉛筆芯并未產(chǎn)生耀眼白光，而是呈現(xiàn)出如同燒紅鐵塊般的顏色。這也就是說，電池電量大小會對實驗效果造成巨大影響。因此，在自制燈泡實驗中，一定要確保干電池電量充足，這樣才能取得預(yù)期良好的實驗效果。

四、實驗拓展

在實驗二現(xiàn)有電源裝置的基礎(chǔ)上，將鉛筆芯換成直徑為0.2mm的鋼絲，然后重復(fù)實驗二的操作過程。但結(jié)果鋼絲并沒有發(fā)出白光，而是發(fā)出了如同第二次鉛筆芯一樣的紅色亮光，且長時間保持不變。此時，要想取得預(yù)期的實驗效果，就需要增加電壓，但一定要確保電壓不得高于36v。

五、結(jié)束語

本次的實驗設(shè)計屬于創(chuàng)造型課外小實驗，實驗器材都是生活中常見物品，實驗結(jié)果非常顯著，很容易讓人留下深刻印象。非常有助于學(xué)習(xí)電路知識，并且對實驗場地和人員要求都非常低。通過這組實驗設(shè)計與操作，讓我進(jìn)一步加深了對燈泡工作原理的認(rèn)識和理解，強(qiáng)化了安全用電意識，對我來說是一次非常難得的實踐經(jīng)歷，讓我充分體驗到了物理學(xué)習(xí)的魅力，增強(qiáng)了物理學(xué)習(xí)和實驗的信心。

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