1、白熾燈泡電光轉化率_物理論文    文章摘要：                         l、問題的提出中學物理教學中，講到能的轉化和守恒定律時，幾乎所有教師都會給同學舉出這樣一個例子：白熾燈泡發光時，消耗一定的電能，一部分轉化為有用的光能，另一部分則轉化為無用的熱能散失掉了；并會讓學生回憶用手觸摸發光燈泡時的燙

2、手感覺這時，總會有學生反問教師：到底有多少電能轉化為光能，有多少損失掉了呢？教師往往被問得措手不及，其實教師完全可以由學生的問題出發，鼓勵學生進行科學探究，通過親自動手實驗找出白熾燈的電光轉化率本文提供一種用CBL系統測定白熾燈電光轉化率的方法，以供參考2、實驗設計（1）模型及原理最基本的光源是點光源，任何一種光源皆可看作是由一系列點光源組合而成的，它的光強可由這一系列點光源光強進行迭加而得到當某光源的發光部分的長度遠小于光源到測點的距離時，可將該光源視為點光源點光源發出的光是球面波，球的表面積為4R2，如果測得某點的光強度I（mW/cm2）（單位面積上流過的光能量），則：發光功率（1）經變形

3、可得y=kx其中：（2）測出若干個R處的發光強度I（mW/cm2），就可以用擬合出一條ykx直線，找出其斜率，即可得白熾燈泡的電光轉化率：（2）裝置由原理分析可知，本實驗的關鍵之一是測出距離燈泡為R處的光強度I（mW/cm2），用CBL系統可以實現此目的該系統是由美國生產的一種適合中學生進行科學探究的實驗系統，它的適用范圍廣闊、操作方法方便、表現形式直觀它主要由三部分組成，CBL接口設備、TI系列圖形計算器、配套探頭本實驗中所用的是：TI83Plus圖形計算器、CBL系統和光傳感器光傳感器是用光電三極管來測光強的，把該傳感器插入CBL系統，即可讀出照在其頂端表面上的光強度值I（mW/cm2），

4、它在波長為3001100nm的范圍內有效為避免雜散光的影響，將一未使用過的40W的白熾燈泡（可認為其消耗電功率為40W）和CBL系統置于一長寬高都為3m的暗室中，將一細繩系在固定在燈泡上的小支架上，使其延長線通過燈絲中心燈泡燈絲線度大約為3cm，當測量距離大于80cm時（R>>r），即可把燈泡看為點光源在距離燈泡80cm處打第一個結，然后每隔20cm打一個結，這樣就可以用光傳感器測出結點R處的光強度I，避免每次用米尺測量帶來的誤差實驗裝置圖如圖13、數據處理方法表1列出一組實驗數據（實驗條件：在一個四周墻壁及天花板都用黑漆涂過的暗室中，燈泡的位置在房間稍靠近墻壁處）：距離R(cm)

5、80100120140160180200光強度I（mW/cm2）01080069005700430033002900233043308741894822550558726594 用Excel的圖形功能進行擬合，使得到圖2及所對應的趨勢線方程：由圖中可得：k=34.607(mW)1/2，代入（3）式：4實驗條件探究公式（1）的理想條件是：由光源發出的光線是自由發散的，并且無其它雜光的干擾暗室能很好地避免外部雜光的干擾，但墻壁的反射可能會對實驗造成影響，即墻壁的特性（顏色、光度、質料等）以及暗室的大小對本實驗可能會有一定影響下面對實驗條件做以探究考慮到物體反射與本身顏色對相同的可見光，白

6、色物體反射所有可見光，而黑色物體則吸收所有單色光，我們對暗室的顏色加以控制，選用黑色墻壁的暗室再用控制變量法對燈的位置（暗室的大小）、墻壁特性這兩個因素進行實驗研究（1）墻壁的特性：第一次用黑色墻壁；第二次用黑色金絲絨布把墻壁四周及地面蒙上。（2）燈的位置：位置1：暗室中央；位置3：靠近墻壁處；位置2：位置1、3連線的中點處，如圖3所示（每次只是水平移動燈泡，保持其豎直位置不變）測量的方法及數據處理方法同23中所述，具體數據見附錄現列出上述實驗結果（表2）并加以分析：位置1位置2位置3黑漆光滑墻壁304%309%402%黑色粗糙絨布301%305%332% （1）當墻壁的特性（顏色、

7、光度、材質等）一定時，燈的位置越靠近墻壁，其相應的光電轉化率越大說明實驗結果跟位置有關，且越靠近暗室中央所受到反射光的干擾越小所以暗室越大越能減小反射光的影響，最理想的暗室應該無窮大（2）當燈的位置一定時，粗糙絨布所對應的光電轉化率總是小于光滑墻壁所對應值，尤其在位置3上，競相差了70，說明墻壁的特性對實驗結果有影響考慮到公式（1）的適用條件，用粗糙、吸光性好的黑色墻面有利于使實驗結果接近真實值（3）由表2和圖3可以看出，在燈泡位置變化的過程中（位置321），對兩種材質的墻壁而言，燈的位置間都是等間隔的，而各自對應的光電轉化率并不是線性變化的，是先銳減，到中央附近后基本不變；并且在中央位置1附

8、近，兩種材質的光電轉化率比較接近，說明在暗室中央附近黑色墻壁的材質對結果的影響較小由上述分析可知，把燈放在盡量大的、墻壁粗糙的、黑色暗室的中央處最接近公式（1）的適用條件，實驗結果能更接近真值本實驗的近其值為301（黑色絨布位置1處）當然，影響本實驗結果的因素還有很多，有興趣的讀者可以進一步研究，教師也可以引導學生進行實驗探究5、誤差分析本實驗誤差的主要原因是：其一，所用的光傳感器測出的光強度值是在波長為3001100nm的范圍內有效，而可見光的波長范圍是380nm780nm；其二，暗室的實驗條件與公式所要求的理想條件還有一定距離，所以測量值比真值偏大通過本實驗設計得到了測定40W燈泡的電光轉化率的一種方法，并對影響實驗結果的可能因素進行了初步探討這是一個很好的引導學生自己動手探究規律，并用簡單的計算機