“自制灯泡”小实验的设计与拓展

【摘 要】设计物理小实验是一种极其有意义的工作，而课外物理小实验的设计也成为了高中学生很感兴趣的一件事。高中物理小实验的设计与实现，不仅有利于培养创造思维和创新能力，而且有利于加深对物理知识和原理的理解。在学习和借鉴前人研究成果的基础上，利用已学物理知识，利用课余时间进行了“自制灯泡”的设计与拓展，并形成了自己的心得体会，相信有助于提高自身对物理小实验的设计兴趣，便于进一步提高高中物理学习效率。

【关键词】高中物理；实验设计；模拟弧光灯；自制灯泡

本文的实验设计主要分为两部分，一部分是模拟弧光灯实验，一部分是自制灯泡部分。前一部分实验是基础性实验，是自制灯泡实验的铺垫小实验。之所以会想到设计这个实验，主要是要进一步认识电路的意义、强化安全用电的意识、学会简单连接电路，这是本文实验的研究目的，也是实验设计的根本出发点。

一、实验材料与方法

实验一：自动铅笔芯、导线、六节干电池、胶带、小刀、纸板；

实验二：自动铅笔芯、导线、烧杯、六节干电池、泡沫、小刀、胶带。

二、实验方法

（一）实验一

1.刮去自动铅笔芯表面涂层，以确保导电性；

2.用导线将电池进行串联处理，并用胶带和纸板加以固定，以此形成电压在8v以上的电源；

3.将两根自动铅笔芯连接到干电池两极上，一根连在正极上，一根连在负极上，并确保两根铅笔芯靠近但不接触，同时一定要确保电源总电压在8v以上；

4.让与正负极相连的笔芯慢慢接近，然后仔细观察现象。

（二）实验二

1.用小刀将泡沫中间抠出一个凹槽，让后将六节干电池放入，准备做出一个至少8v的电源；

2.用导线将电池串联起来，并注意导线要走“S”路线，以避免发生短路。然后用胶带将电池进行固定处理，确保每节电池的正负极接触到位；

3.将同处一边的电池正极和负极用导线导线进行连接，首节电池和末节电池分别用导线连出一个抽头，用来连接自动铅笔芯。随后抽出一个抽头，将自动铅笔芯与之相连，然后再接通电路；

4.用小刀刮掉铅笔芯外层涂层，以确保其导电性良好，将自动铅笔芯两端连接到干电池两极导线抽头上。

5.将铅笔芯小部分放入烧杯之中，随后接通电路，并仔细观察实验现象。

三、实验结果

（一）实验一

通过观察发现，当两根铅笔芯靠近时会产生放电现象，并伴有耀眼白光出现，这就是最原始的弧光灯。由所学知识可知，弧光灯是利用电极之间所形成的电光。之所以选择铅笔芯，是因为铅笔芯主要成分为碳，而碳具有非常好的导电性，生活中常见的电池中就有碳棒，在电池中作为正极存在。两个铅笔芯之间没有完全接触，但彼此之间的空气被电离，所以中间的空气也具有了导电性，成为了电路的一部分。如果长时间让两根铅笔芯处于这种状态，那么在电流作用下铅笔芯会温度会不断升高。电弧就是电离空气的原理，通常被应用在金属切割领域。通过该试验也让我认识到了弧光的危险，小小的电池就能够让铅笔芯发热，可想而知220v的电压会有多大的破坏力，而最早的家用电源在开或关时就非常容易产生电弧。人体可承受的安全电压是36v，一旦超出这个值就会对身体造成伤害，甚至可能引发身亡。因此，必须强化安全用电意识。在该实验操作过程中，一定要将电压控制在安全范围内，本实验的8v电压完全能够满足实验要求。另外，除了弧光灯，白炽灯也是现代照明的开端，虽然已逐渐被节能灯代替，但白炽灯有一个世纪多的发展史，在人类生产生活中发挥了重要作用，这也为实验二的设计与实现奠定了良好基础。

（二）实验二

在接通电路的一瞬间，铅笔芯就产生了耀眼白光，就如同生活中的白炽灯一般。电从电池的正极流出，通过导线从铅笔芯的一个连接点进入，再经过铅笔芯从另一个连接点流出，顺着导线又流回到电池的负极，这样就形成一条回路。这条路通了，就会产生光亮，而这就是灯泡的工作原理。但没用多长时间，铅笔芯因高温而断裂，而烧掉的部分如同发丝般纤细。随后，笔者重复实验，结果发现这次的铅笔芯并未产生耀眼白光，而是呈现出如同烧红铁块般的颜色。这也就是说，电池电量大小会对实验效果造成巨大影响。因此，在自制灯泡实验中，一定要确保干电池电量充足，这样才能取得预期良好的实验效果。

四、实验拓展

在实验二现有电源装置的基础上，将铅笔芯换成直径为0.2mm的钢丝，然后重复实验二的操作过程。但结果钢丝并没有发出白光，而是发出了如同第二次铅笔芯一样的红色亮光，且长时间保持不变。此时，要想取得预期的实验效果，就需要增加电压，但一定要确保电压不得高于36v。

五、结束语

本次的实验设计属于创造型课外小实验，实验器材都是生活中常见物品，实验结果非常显著，很容易让人留下深刻印象。非常有助于学习电路知识，并且对实验场地和人员要求都非常低。通过这组实验设计与操作，让我进一步加深了对灯泡工作原理的认识和理解，强化了安全用电意识，对我来说是一次非常难得的实践经历，让我充分体验到了物理学习的魅力，增强了物理学习和实验的信心。

【参考文献】

[1]姚佳倩.爱迪生电灯泡实验[J].中学科技，2012（09）

[2]蒋顺中.让实验走近学生――谈高中物理实验教学的改革[J].科学咨询（科技・管理），2014（09）

[3]宋静，林钦.普通高中物理小实验实施现状的调查研究[J].福建教育学院学报，2012（02）

[4]王家兴.高中物理实验教学与学生操作能力的培养[J].才智，2014（33）