“自制燈泡”小實驗的設計與拓展

程睿

【摘 要】設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計也成為了高中學生很感興趣的一件事。高中物理小實驗的設計與實現，不僅有利于培養創造思維和創新能力，而且有利于加深對物理知識和原理的理解。在學習和借鑒前人研究成果的基礎上，利用已學物理知識，利用課余時間進行了“自制燈泡”的設計與拓展，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計興趣，便于進一步提高高中物理學習效率。

【關鍵詞】高中物理；實驗設計；模擬弧光燈；自制燈泡

本文的實驗設計主要分為兩部分，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性實驗，是自制燈泡實驗的鋪墊小實驗。之所以會想到設計這個實驗，主要是要進一步認識電路的意義、強化安全用電的意識、學會簡單連接電路，這是本文實驗的研究目的，也是實驗設計的根本出發點。

一、實驗材料與方法

實驗一：自動鉛筆芯、導線、六節干電池、膠帶、小刀、紙板；

實驗二：自動鉛筆芯、導線、燒杯、六節干電池、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，以確保導電性；

2.用導線將電池進行串聯處理，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.讓與正負極相連的筆芯慢慢接近，然后仔細觀察現象。

（二）實驗二

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

2.用導線將電池串聯起來，并注意導線要走“S”路線，以避免發生短路。然后用膠帶將電池進行固定處理，確保每節電池的正負極接觸到位；

3.將同處一邊的電池正極和負極用導線導線進行連接，首節電池和末節電池分別用導線連出一個抽頭，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，以確保其導電性良好，將自動鉛筆芯兩端連接到干電池兩極導線抽頭上。

5.將鉛筆芯小部分放入燒杯之中，隨后接通電路，并仔細觀察實驗現象。

三、實驗結果

（一）實驗一

通過觀察發現，當兩根鉛筆芯靠近時會產生放電現象，并伴有耀眼白光出現，這就是最原始的弧光燈。由所學知識可知，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，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，通常被應用在金屬切割領域。通過該試驗也讓我認識到了弧光的危險，小小的電池就能夠讓鉛筆芯發熱，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時就非常容易產生電弧。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，甚至可能引發身亡。因此，必須強化安全用電意識。在該實驗操作過程中，一定要將電壓控制在安全范圍內，本實驗的8v電壓完全能夠滿足實驗要求。另外，除了弧光燈，白熾燈也是現代照明的開端，雖然已逐漸被節能燈代替，但白熾燈有一個世紀多的發展史，在人類生產生活中發揮了重要作用，這也為實驗二的設計與實現奠定了良好基礎。

（二）實驗二

在接通電路的一瞬間，鉛筆芯就產生了耀眼白光，就如同生活中的白熾燈一般。電從電池的正極流出，通過導線從鉛筆芯的一個連接點進入，再經過鉛筆芯從另一個連接點流出，順著導線又流回到電池的負極，這樣就形成一條回路。這條路通了，就會產生光亮，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絲般纖細。隨后，筆者重復實驗，結果發現這次的鉛筆芯并未產生耀眼白光，而是呈現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，這樣才能取得預期良好的實驗效果。

四、實驗拓展

在實驗二現有電源裝置的基礎上，將鉛筆芯換成直徑為0.2mm的鋼絲，然后重復實驗二的操作過程。但結果鋼絲并沒有發出白光，而是發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、結束語

本次的實驗設計屬于創造型課外小實驗，實驗器材都是生活中常見物品，實驗結果非常顯著，很容易讓人留下深刻印象。非常有助于學習電路知識，并且對實驗場地和人員要求都非常低。通過這組實驗設計與操作，讓我進一步加深了對燈泡工作原理的認識和理解，強化了安全用電意識，對我來說是一次非常難得的實踐經歷，讓我充分體驗到了物理學習的魅力，增強了物理學習和實驗的信心。

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