40瓦和100瓦的白炽灯.doc

40瓦和100瓦的白炽灯串联接入220V电路中发光情况的研究上海市扬子中学 高二（3）班黄华（组长） 顾海兵 陈迪 杨阳 姚晨 樊莉莉 邬晔华课题背景：本课题来源于物理课堂。情景一：高中物理配套练习册P11练习题3。将一个“220V，40W”的白炽灯和一个“220V，100W”的白炽灯串联后接入220V的电路中，他们的实际功率各是多少？220V220V 40W220V 100W图一LALB解：根据串联电路特点：R RA RB（1）UAUBRARB52 UAUB220V （2）P（3） 根据以上三式得：PA20.4W，PB8.2W情景二：（1）将“220V，40W”的白炽灯和“220V，100W”的白炽灯串联入220V电路中的实际发光情况（图二）。 （2）“220V，40W”的白炽灯正常发光情况（图三）图二图三观察到的现象是：当“220V，40W”的白炽灯和“220V，100W”的白炽灯串联入220V电路40W的白炽灯比正常发光时稍暗，而100W的只是灯丝的中间部分稍有发红，几乎没有发光。从以上两个情景的数据、现象得出：由计算得出的白炽灯实际功率与实际发光情况不相符合，由此提出两个疑问：（1）两灯的实际功率究竟是多少？（2）造成理论和实际的差异究竟是何原因？研究过程：一、研究目的1通过实验得出40瓦和100瓦的白炽灯串联接入220V电路时的实际发光功率。2描绘“220V，40W”白炽灯和 “220V，100W”白炽灯的实际伏安特性图。3通过实验和资料调查寻求理论和实际不同的原因。二、研究方法1实验法：通过亲手接电路实验实测白炽灯的功率。AV220V40W100WSA1SA2SA3熔断器熔断器图四2查资料法：通过查阅资料了解白炽灯发光时钨丝温度。三、实验过程与初步数据分析1设计实验电路图（图四）（1）打开SA1和SA2，闭合SA3可以用来测出两灯串联时的实际电压和电流，进而计算实际功率。（2）打开SA1，闭合SA2和SA3，可以测40W灯的伏安特性；打开SA2，闭合SA1和SA3，可以测100W灯的伏安特性2根据电路图准备实验器材、工具器材：白炽灯2个（40W和100W），平开关3个，交流电流表一个，交流电压表一个，调压器一个（图五），熔断器，熔丝、导线若干，木板一块（3045）。工具：螺丝刀，剥线钳，电笔，钢丝钳，斜口钳，电工刀等。（图六）图六 工具图五 调压器图七 实物电路图3制作实物电路图（图七）（1）学习民用电路中接线的一些常识问题及注意点。（2）打样：在木板上用铅笔按照原理图、结合电路接线的实际情况绘制导线的走向、各原器件的位置。（3）在指导老师的指导下按照绘制的原理图接线。（4）按上白炽灯、熔断器等（5）请指导老师检查正确无误后试验各元件的性能是否完好。4测40瓦和100瓦的白炽灯串联接入220V电路时的各自的实际电压和电流，进而计算出两灯的实际功率。（1）把交流电流表串联接如电路，测出电流大小。（2）把交流电压表（数字式万用表）分别并联接在两灯的两端，测出两灯在实际电路中的电压。（3）根据测得实际电压和电流计算出两灯的实际功率。测得数据：灯泡型号实际电压（V）实际电流（mA）实际功率（W）“220V，40W”19417032.98“220V，100W”261704.425描绘“220V，40W”白炽灯和 “220V，100W”白炽灯的实际伏安特性图。（图八）（1）利用调压器改变电源电压，测出“220V，40W”白炽灯的电流随电压变化情况。电压（V）102030405060708090100110电流（mA）5070788592100105111119124130电压（V）120130140150160170180190200210220电流（mA）136141146151156162167171176181185（2）利用调压器改变电源电压，测出“220V，100W”白炽灯的电流随电压变化情况。（图九）电压（V）102030405060708090100110电流（mA）117151172192213238247271290305321电压（V）120130140150160170180190200210220电流（mA）335350365380393405419436444458469实际曲线拟合曲线图八图九拟合曲线为二次曲线。6查阅白炽灯钨丝的发光温度。经查得钨丝在超过500才会发光。研究结论：一、 两灯的实际功率究竟是多少？1理论值：P40W20.4W，P100W8.2W2实际值：P40W32.98W，P100W4.42W二、造成理论和实际的差异究竟是何原因？1按照“220V，40W”白炽灯和 “220V，100W”白炽灯给出的额定电压和额定功率所计算得到的电阻是两灯正常发光时的电阻，而白炽灯的灯丝电阻与温度有关，两端所加电压越大，温度越高电阻越大（从图八、九可以看出）。2两灯串联接入220V电路时是两灯的非正常发光状态，两灯的温度并没有达到正常发光时的温度，100W的白炽灯几乎从外表感觉不到发热，所以此时两灯的电阻不能按照正常发光时计算。从上面的实际数据可得：R40W1141，R100W153，两者的比值为7.461。3“220V，40W”白炽灯和 “220V，100W”白炽灯串联接入220V电路时100W的灯外表不发热，说明灯丝并没有达到500的发光温度，故100W的白炽灯只能看到灯丝稍有发红。440W灯的实际发光功率为32.98W，所以观察到现象只比正常发光稍暗。存在问题和需改进的地方：1实验中所用的交流电流表为学生实验一般用表，不能精确测出电路中的电流变化。条件许可最好用数字式的。2有关白炽灯各种发光程度下灯丝温度的详细资料没有调查到，只查到钨丝在500才发光，希望能再进行深入研究，过查阅资料或设计实验研究灯丝温度与发光情况、灯丝电阻之间的确切关系。教师点评：1尽信书不如无书。学生能够通过自己的观察，对教科书的问题提出自己的异议、看法，进而开展研究，这是学生学习主动性的表现，是学生学习方式的改变。2通过这个实验研究，学生学到了书本上接触不到的知识，如排线、布线，各种电工工具的使用、用电安全知识等，让学生所学的理论知识与实践进行了一次很好的结合。3这