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1、台台 中中 縣縣 第第 四四 十十 三三 屆屆 科科 展展 物物 理理 組組亮不亮，有道理亮不亮，有道理串並聯再研究串並聯再研究科別：物理科科別：物理科組別：國中組組別：國中組學校：清泉國中學校：清泉國中作者：陳盈鈞、李雅婷、張紫筠、王榆銘作者：陳盈鈞、李雅婷、張紫筠、王榆銘指導老師：王俊智老師、黃俊凱老師指導老師：王俊智老師、黃俊凱老師台中縣第四十三屆科展物理組亮不亮，有道理串並聯再研究壹、壹、實驗動機實驗動機 你小時候有沒有被電過的經驗？不是被父母電 ，更不是被異性電 ，而 是被插座、電線電 ，有一天，一時忘記將手擦乾，急忙的去將插頭拔掉，電的 我都淚流滿面。綜藝節目都會用電椅來處罰，人會
2、導電、通電嗎？不同的東西通電， 結果會如何呢？ 國小上自然課時老師總是講的天花亂墜，做到電燈泡的實驗時，我心中浮出的很大 的？，為什麼大小燈泡做串聯，大燈泡竟然不亮，難不成是大燈泡秀斗了，用並聯 時，大小燈泡都有亮，但大燈泡為什麼比較亮，引起了我莫大的興趣。 電燈看起來雖然平凡無奇，仔細追究起來卻是一門有趣的大學問。貳、實驗目的貳、實驗目的 正常使用燈泡並聯 ，大小燈泡都亮，但大燈泡比較亮；但是在做串聯 ， 大燈泡竟然不亮反而是小燈泡較亮，趣味實驗中，以 9V 直流電池讓鋼絲絨燒紅並 斷裂？電燈看起來雖然平凡無奇，仔細追究起來卻是一門有趣的大學問。 實驗 A 直流電單一燈泡電阻的探討: 瞭解燈
3、泡電燈泡在不同電壓下，電流大小，推算出電阻值。 實驗 B. 直流電串並聯大小燈泡: 實驗 C.鋼刷與直流電:電流熱效應，九伏特趣味實驗背後的道理實驗 A 直流電單一燈泡電阻的探討:A1 一、直流電小燈泡 一實驗器材 數 量 1:電源供應器 1 台 2:伏 特 計 1 台 3:安 培 計 1 台 4:小 燈 泡 25w 1 個 5:導 線 5 條 二實驗步驟: 1：利用串聯將電源供應器、 安培計和小燈泡用導線連接形成一個迴路 （如圖一） 。 2：伏特計則是用並聯連接 3：並將伏特計和安培計的數據記錄下來，計算出電阻（如圖二） 。 圖一 圖二 三實驗結果：V57910111315203040I （
4、mA）67.89.31010.512131421.925.3R833.3897.4967.710001047.61083.31153.81428.61369.91581.0燈泡情形燈沒亮燈絲有色燈絲微亮燈絲微亮燈絲較亮燈絲較亮燈絲又更亮燈絲越來越黃燈絲越來越黃燈絲更亮0500100015002000051015202530354045電壓電阻05101520253001020304050電壓電流四結果與分析： 1.燈泡不是歐姆式電阻2.電壓越大，電阻越大 3.奇特的是在 20 伏特，電阻突然攀升，原因仍待進一步深入探討。A2 二、直流電大燈泡 一實驗器材 數 量 1:電源供應器 1 台 2:伏
5、 特 計 1 台 3:安 培 計 1 台 4:大 燈 泡 250w 1 個 5:導 線 5 條 實驗步驟: （1）利用串聯將電源供應器、安培計和大燈泡用導線連接形成一個迴路。 （2）伏特計則是用並聯連接。 （3）並將伏特計和安培計的數據記錄下來，計算出電阻。實驗結果：V57910111315203040I （mA）7090102110120130138140220243R71.477.788.290.991.7100108.7142.9136.4164.6燈泡情形燈絲微亮燈絲比前一個還亮燈絲部分沒亮燈絲已全亮燈絲已全亮燈絲比前一個還亮燈絲比前一個還亮燈絲很亮，但看得到形狀燈絲非常亮，看不到形狀
6、狀，也比剛才亮 燈絲非常亮看不到形02040608010012014016018001020304050電壓電阻05010015020025030001020304050電壓電流結果與分析：1.大燈泡的電阻竟然比小燈泡還小，約為 70160 歐姆 2.電壓越大，電阻越大 3.仍然是在 20 伏特：電阻突然攀升，原因仍待進一步深入探 討。實驗 B. 直流電串並聯大小燈泡:B1 直流電並聯大小燈泡 實驗器材 數 量 1:電源供應器 1 台 2:伏 特 計 1 台 3:安 培 計 1 台 4:大 燈 泡 250w 1 個 5:小 燈 泡 25w 1 個 6:導 線 5 條 實驗步驟: （1）利用串聯
7、將電源供應器、 安培計和 小燈泡用導線連接形成一個迴路。 圖三 （2）伏特計和大燈泡則是用並聯連接 （如圖三） 。 （3）並將伏特計和安培計的數據記錄下來，計算出電阻。實驗結果：結果與分析：1.實驗證明大燈泡和小燈泡均會亮，但大燈泡比小燈泡亮，因 為大燈泡電阻較小。 2.在相同電壓下，A1 及 A2 的電流值相加，約等於 B1 的電流值（相同電壓） 。 3. R=V/I (歐姆=伏特/安培)，電阻為一定值，電壓與電流之比值為一 定。B-1-1 理論值：當大燈泡與小燈泡並聯時，其總電流等於分別燈泡在相同電壓下，其電流 的總和 I3I1I2 I3：並聯後總電流 誤差：【I3（I1I2） 】/ I3
8、電壓 V579101113152030 小燈泡 電流 I167.89.31010.512131421.9大燈泡 電流 I27090102110120130138140220I1I27697.8111.3120130.5142151154241.9 並聯後 總電流I383100115123129140153188240V579101113152030I （mA）83100115123129140153188240R60.27078.377.585.392.998.0106.4125燈泡情形大：燈絲部份已亮小：燈絲全部都有顏色大：燈絲部分很亮小：燈絲微亮大：燈絲全亮小：燈絲全亮大：燈絲全亮小：燈絲
9、全亮大：燈絲更亮一點小：燈絲更亮大：燈絲更亮一點小：燈絲更亮大：燈絲黃亮小：燈絲黃亮大：燈絲很亮小：燈絲很亮大：燈泡發光小：燈泡發光誤差8.42.23.22.41.161.41.3180.70100200300123456789結果與分析： 從實驗數據與圖形中發現，雖然燈泡是數於非歐姆式電阻，但是當電壓固定 時，其電流的關係還是符合總電流等於分別電流的相加。B2直流電串聯大小燈泡 實驗器材 數 量 1:電源供應器 1 台 2:伏 特 計 1 台 3:安 培 計 1 台 4:大 燈 泡 250w 1 個 5:小 燈 泡 25w 1 個 6:導 線 5 條 實驗步驟: 圖四 （1）利用串聯將電源供
10、應器、 安培計、小燈泡和大燈泡用導線連接形成一個迴路。（2）伏特計則是用並聯連接 （如圖四） 。 （3）並將伏特計和安培計的數 據紀錄下來，計算出電阻。I1I2並聯後 總電流 I3實驗結果：直流 電 串聯大小燈泡 實驗器材 數 量 1:電源供應器 1 台 2:伏 特 計 1 台 3:安 培 計 1 台 4:大 燈 泡 250w 1 個 5:小 燈 泡 25w 1 個 6:導 線 10 條實驗步驟: 圖五 （1）利用串聯將電源供應器、 安培計、小燈泡和大燈泡用導線連接形成一個迴路。V510152030I （mA）61013.214.521.3R833.310001136.41379.31408.
11、5燈泡情形大：沒亮小：沒亮大：沒亮小：燈絲全亮大：沒亮小：燈絲全亮大：沒亮小：燈絲黃亮大：沒亮小：燈絲更亮（2）伏特計則是用並聯連接 （如圖五） 。 （3）比較大小燈泡。 實驗結果：01020304012345、從實驗中發現，當大小兩燈泡相串聯時，大燈泡小電阻，因此測量的結果為小 電壓；小燈泡大電阻，因此測量的結果為大電壓。 、理論上串聯時，其總電壓應該等於各部分電壓和，但是我們在實驗數據上發現， 總電壓小於個部分電壓的總和，我們猜想應該是每一部份的燈泡是屬於非歐姆 式電阻所造成的誤差。總電壓 V510152030大燈泡電壓 V111.92.52.73.8小燈泡電壓 V251014.919.5
12、27V1V2611.917.422.230.8誤差201916112.7總電流 I69.812.313.220R833.31020.41219.51515.21500燈泡情形大：沒亮小：沒亮大：沒亮小：燈絲全亮大：沒亮小：燈絲全亮大：沒亮小：燈絲有黃橙 色大：沒亮小：燈絲更亮總電壓、從實驗的現象中了解，當大燈泡不亮時，並不表示大燈泡無電流或是無電壓， 那是因為當兩燈泡並聯時大燈泡是屬於小電阻，電流固定所以其電壓就會比較 小，因電壓小導致大燈泡亮度無法便觀察到；相對的，小燈泡是大電阻，電流 固定因此就能產生較大的電壓，所以小燈泡就很容易備觀察到。 、當兩燈泡串聯時（電流固定） ，小燈泡容易發光產
13、生較大功率；大燈泡不易發 光因此產生功率較小，但是兩燈泡皆有電流與電壓。實驗 C.鋼刷:C-1 直流電鋼刷實驗器材 數 量 1:電源供應器 1 台 2:伏 特 計 1 台 3:安 培 計 1 台 4 鋼 刷 1 個 5:導 線 5 條實驗步驟: （1） 利用串聯將電源供應器、安培計和鋼絲用導線連接形成一個迴路 （2） 伏特計則是用並聯連接 （3） 並將伏特計和安培計的數據記錄下來，計算出電阻 （4） 看有什麼變化 實驗結果：（15的鋼刷）以V 的電池作鋼絲絨的實驗，我們發現鋼絲絨會立即變紅而且斷裂，因此 我們猜想是否是因為電池兩正負極相靠太近，使得鋼絲絨電阻太小，導致鋼絲 絨快速燒紅斷裂，因此我們採用較為粗得鋼刷來嘗試，所得到的結果真的不易燒斷 並且可以明顯觀察到，我們也發現到當鋼刷在燒紅的同時會有晃動的現象，我們猜 想是否與電流的磁效應有關，因電流的磁效應與地球的磁場發生相互影響所以導致 鋼刷晃動，因為這不是此實驗的目的之一，在此不詳加說明，所以可將此實驗列為 以後深入加以討論的重點。C-2
