探究家用灯泡随使用时间增长，功率和灯丝直径的变化关系

探究家用灯泡随使用时间增长，功率和灯丝直径的变化关系冉兵08160111邹富08160110摘要该实验利用等候干涉实验原理结合电阻以及电功率的相关测量手段，通过实验探讨灯泡灯丝随灯泡的使用时间的增长的一些变化，探讨其功率与灯丝直径的相关变化关系，得到相关数据，进行分析最终得到灯丝随时间的使用增长，灯泡功率的减小与灯丝直径的的减少呈正相关关系，但不是正比关系。关键词等厚干涉干涉条纹灯丝直径灯泡功率误差使用时间1实验目的11了解家用灯泡功率随使用时间的变化情况12了解灯泡灯丝的升华现象13学会用劈尖干涉法测量灯丝直径2实验仪器同一规格的家用灯泡若干、读数显微镜、电流表、钠灯及光源。3实验原理31家用灯泡随着使用时间的增长，灯泡表面出现发黑物质，灯光亮度明显减弱。我们知道灯泡灯丝是由高熔点的金属钨制成的，固体钨在高温下会发生升华，当灯熄灭后，升华的钨蒸气冷却发生凝华，覆盖在灯泡内表面。32灯泡功率的计算表达式PUIU2/R。当家庭用电电压恒定时，影响灯泡功率的因素即为电阻。又RL/S,SD2/4因此，只要测出灯泡在使用一定时间后灯丝直径的变化量，就可以测出灯泡功率的变化，进而得出灯泡功率的变化与使用时间的关系。33根据右侧的电路图，组装电路测出电压恒为220V时灯泡的电流，由公式PUI计算出灯泡的功率P。34测灯泡灯丝直径空气劈尖的构成。将两块光学条形玻璃片叠在一起，在其一端，在其另一端平行于棱边方向夹入待测灯泡灯丝，则在两玻璃片间形成了一空气劈尖劈尖干涉条纹的形成。单色光垂直入射到玻璃面上，从空气薄膜上、下表面反射的光就在膜的上表面附近相遇而发生。因此观察介质表面就会看到干涉条纹，以表示入射点到空气膜的厚度，则两束相干的反射光在相遇时的光程差为2E入/2由于各处的膜的厚度E不同，所以光程差也不同。当光程差满足2E入/2K入,K1,2,3时，（明条纹）2E入/2（2K1）入/2,K0，1,2,3时，（暗条纹）上两式表明，每级明或暗条纹都与一定膜厚相对应，因此在薄膜上表面形成一簇与两玻璃板交接线（劈棱）平行且等间距的明暗相同的条纹。如图所示间接测量微小长度的依据。由式可得，与K级暗条纹相对应的薄膜厚度E为EK入/2,入为入射光波长若细丝距离劈尖棱边的距离为L,细丝所在处薄膜的厚度（即为灯泡直径）为D，沿L方向上单位长度内的条纹数目为N，则KDNL。将式中的E替换为D，K替换为K，便得到DNL入/2很明显，如果已知，测出N和L，即可求出D。4实验步骤41取同一规格25W、40W、100W的家用灯泡各6只，记为、，分为、组，且每组6只灯泡使用时间分别为0H、500H、1000H、1500H、2000H和2500H；42取第组灯泡，使所有灯泡同时正常工作，观察并记录下每只灯泡的亮度情况，根据实验原理3测出灯泡此时的功率并记录。43用等厚干涉法测出灯泡的灯丝（取其中较直的那段）直径。点亮钠灯，缓慢转动读数显微镜物镜下方的半反射镜，使通过显微镜观察的视场最亮。44将灯泡灯丝夹与两玻璃片间（灯丝一定要平行于玻璃棱边），放置于载物台上。45调节读数显微镜。一边旋转目镜，一边从目镜中观察，使目镜中观察懂啊的十字叉丝清晰、无视差；旋转物镜调节手轮，使镜筒由最低位置缓慢上升，直到看到清晰的干涉条纹。46测N和L通过转动测微鼓轮移动显微镜，使十字叉丝都准劈尖棱边，记下读数X0；继续转动侧微鼓轮，任意选定一条暗纹，使十字叉丝尽可能对准该暗纹中心，记下读数X01；一边转动鼓轮，一边数移动的条纹数目，使叉丝与第30条暗纹中心对准，记下读数X1；重复第步做三次继续移动显微镜，使十字叉丝最后对准细丝为止，记下读数X47重复实验步骤3、4、5、6，依次测出小组中、灯泡灯丝的直径。48同理测出、组每个灯泡灯丝的直径。5数据记录及处理纳光光波波长劈尖长度LXX0单位长度内的条纹数N30/X测量数据记录参考表格NIX0I（MM）XI（MM）XI（MM）NINNIN123灯丝直径DNL/2相对误差ERD/DN/NL/L100绝对误差DERD测量结果DDDMM根据测出的灯丝直径D和对应灯泡的功率P做出PD图像DMMPW0根据灯丝使用时间T和对应灯泡的功率P做出PT图像TS根据灯丝使用时间T和灯丝直径D做出DT图像TSDMM0根据以上图像可得，随着使用时间的增长，灯丝直径减小，灯泡功率也减小，且灯丝直径D与灯泡功率P具有一定的关系式PUIU2/RRL/SP4U2L/D2SD2/4PW06实验讨论现代社会，家用灯泡的使用非常广泛，我们对家用灯泡的关注程度却没有跟上。灯泡随使用时间的增加，其原来的一些性质也将发生改变，比如，灯泡随使用时间的增加其亮度的改变，亮度改变的原因，以及其中的一些相关关系没有得到应有的关注。现代社会是一个能源缺乏的时代，走可持续化发展的道路已经提上日程，如何节能也成为我们生活的一大难题。而家用灯泡的使用是非常广泛的，如果能过得到很好的关注，发现其使用的一些变化与其结构的一些关系，比如灯丝的直径的改变与其功率的改变的关系。如果能很好地通过实验得到其关系，必定会是我们对家用灯泡的使用更加合理，使其在合理的使用寿命内更好地为人类服务。基于这个目的，我们选择了这样的尝试。这个实验是可行的，实验设备实验室均有，实验所用灯泡，我们可以通过收集得到，必要的新灯泡可以购买，我们通过实验得出多组实验数据，根据实验数据作出相关的关系曲线图，进而分析得出其关系表达式。7注意事项1选取灯泡时灯泡的规格要一样2测灯丝直