作者：烟台市芝罘区 山东省烟台第三中学 马莹莹 13964575072
邮箱：838709036@qq.com
指导教师：烟台市芝罘区 山东省烟台第三中学 佀传良
电话：18660585559 邮箱：ytszscl@163.com
【摘要】：
小组成员对物理有浓厚的兴趣，学习过初中阶段的系统的物理化学知识后，我们经过猜想探究提出了探究铅笔芯导电性能与其型号的关系这一研究课题。假期期间，小组进行了“探究铅笔芯导电性能与其型号的关系”的实验，铅笔型号表示什么，是否与导电性能有关，不同的铅笔型号，导电性能不同，并进行一系列比较得出了结论。
【研究背景】：
十五世纪时，石墨矿被发现，当时的人并不知道石墨的成分，就称石墨为黑铅(blacklead)。大约在1492年，英国开始有人使用石墨制成的笔，就称为铅笔。一直到1779年，科学家才知道石墨是碳的一种形式。 由石墨研磨成粉后，与黏土混合，再灌入两片半圆型的木管中制成，也有塑胶制的笔杆上市。
那么铅笔芯的型号表示了什么，是否与其导电性能有关呢？由此我们小组提出了“探究铅笔芯导电性能与其型号的关系”这一课题。
【方法】：文献法，实验法，观察法
【正文】：
一、利用文献法，查阅资料书籍，做出推理假设
铅笔芯的主要成分是石墨，按国家标准铅笔根据石墨浓度分为18种型号。
其实铅笔的笔芯是用石墨和粘土按一定比例混合制成的。"H"即英文"hard"的词头，代表粘土的含量，用以表示铅笔芯的硬度。"H"前面的数字越大（如6h），铅笔芯就越硬，也就是笔芯中与石墨混合的粘土比例越大，写出的字越不明显，常用来复写。"B"是英文"black"的词头，代表石墨的含量，用以表示铅笔芯质软的情况和写字的明显程度。早期的铅笔含有铅，但人们使用的铅笔笔芯的主要成分是石墨和粘结剂，不再含铅，对人体无害。石墨是可导电的物质，是黑色的，它质地柔软，是最软的矿石之一，石墨是碳其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。
二、利用实验法，进行“测量铅笔芯电阻实验”
1.清点实验仪器。
2.画出实验表格及电路图，按图连接电路。
3.将红,黑测试棒分别插入"＋""-"插孔（实验室用数字式多用电表，无需调零）。
4.将两表笔短接,调节欧姆调零器使指针指向欧姆零处;分开表笔,测电阻,从大到小调节欧姆挡,使指针指向中央附近（使度数更准确）。
5.更换等长度不同型号铅笔芯：4B、B、HB、H、2H，重复上述操作，记录实验数据。
6.整理实验器材：将选择开关旋至交流电压最高挡或将开关off处。
7.查阅资料：铅笔芯的主要成分是石墨。其实铅笔的笔芯是用石墨和粘土按一定比例混合制成的。"H"即英文"hard"的词头，代表粘土的含量，用以表示铅笔芯的硬度。"H"前面的数字越大（如6h），铅笔芯就越硬，也就是笔芯中与石墨混合的粘土比例越大，写出的字越不明显，常用来复写。"B"是英文"black"的词头，代表石墨的含量，用以表示铅笔芯质软的情况和写字的明显程度。以"6b"为最软，字迹最黑，常用以绘画，普通铅笔标号则一般为"HB"。
8.推理分析，得出结论
三、利用观察法
结果：
| 部分实验数据（图） | ||
| 型号：2H | 型号：HB | 型号：4B |
实验数据:
实验数据表明：
①“H”代表粘土的含量，用以表示铅笔芯的硬度。"H"前面的数字越大，铅笔芯就越硬，。
| 铅笔芯型号 | 电阻（欧姆） | 电动机转速 |
| 2H | 57.9 | 慢 |
| H | 36.0 | 较慢 |
| HB | 28.5 | 中速 |
| B | 15.0 | 较快 |
| 4B | 8.5 | 快 |
讨论：
1. 问题：如何控制变量？
解决方案：选择直径相同的铅笔芯，从同一厂家购买，或在纸上以同一力度画出同一长度的线段，从而保证接入电路的铅笔芯长度、横截面积相同。
最终方案：选用直径相同的等度铅笔芯，手绘电阻不便于控制力度，无法保证材料较均匀分布。
2. 方案1：伏安法测电阻——电池＋铅笔芯＋电表（导线连接）。
评价：认为铅笔芯电阻较小，容易使电路短路。
改进：
①加入发光二极管（用电器）——既解决了没有大电阻的用电器，又使实验现象更加直观。
②原计划直接使用无木质杆铅笔芯，后来经商定一致认为有绝缘材料包裹的笔芯也可以使用，所以决定使用两端削尖的铅笔。
评价：使实验更加环保，实验材料易得且可回收利用。
3. 方案二：多用电表测电阻——多用电表＋导线＋电阻（铅笔芯）。
原因：假期期间材料不足，无法使用伏安法测电阻，只能使用多用电表测量。
评价：使实验电路更加简单，但需学会多用电表使用方法。
铅笔的铅芯主要成分是石墨和黏土，按国家标准铅笔根据石墨浓度分为18种型号。
早期的铅笔含有铅，但人们使用的铅笔笔芯的主要成分是石墨和粘结剂，不再含铅，对人体无害。石墨是可导电的物质，是黑色的，它质地柔软，是最软的矿石之一，石墨是碳其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。
由于铅笔的主要成分是石墨，而石墨是导体，所以铅笔芯是可以导电的。然而铅笔芯的导电能力却并不是非常强。因为石墨的原子结构排布，决定了它只能二维导电，即在同一平面的两点间是导电的，而平面的上下两面间是不导电的。铅笔芯中的石墨是被碾碎后于黏土混合而成，所以原子结构被打乱，因此导电性能并不十分出众。在实验中，接入5H铅笔芯长度超过15CM，则电动机不转动。（电压为1.5V左右）
参考文献：https://baike.baidu.com/item/％E9％93％85％E7％AC％94％E8％8A％AF/1460421?fr=aladdin 百度百科
https://www.zhihu.com/question/26429710?sort=created 知乎
活动照片:
