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1、设计性实验:测量小灯泡的伏安特性曲线实验论文摘要：中学阶段我们接触到了几种测小灯泡伏安特性曲线的方法，其中最常用的有内接限流 法、内接分压法、外接限流法、外接分压法等。而这几种方法在理论上和实验环境上都有所 不同，这就导致了对同一个小灯泡进行伏安特性曲线测量时，实验结果会存在一定的差异， 随之得出小灯泡的伏安特性曲线也会有所不同。我们知道利用伏安法来测小灯泡的伏安特性 曲线是非常简单的，但是熟练掌握伏安特性曲线的同学就会知道，基于伏安法测电阻的基础 上，用不同的实验电路测出的小灯泡的伏安特性也会有一定差异。关键词：内接限流法、内接分压法、外接限流法、外接分压法、伏安特性曲线、电阻一、实验原理及
2、方法：当一个电子元件接入电路构成闭合回路，其两端的电压与通过它的电流的比值即为该条件下电子组件 的电阻。若电子元件两端的电压与通过它的电流成固定的正比例，则其伏安特性曲线为一条直线，这类元 件称为线性元件；而当电子元件两端的电压与通过它的电流不成固定的正比例时，其伏安特性曲线是一条 曲线，这类元件称为非线性元件。一般金属导体的电阻是线性电阻，其伏安特性曲线是一条直线。电阻是电子元件的重要特性，在电学实验中我们经常要测量其大小。在要求不是很精确的条件下，我 们可以采用伏安法测电阻，即测出被测元件两端的电压U和通过它的电流I，然后运用欧姆定律R=U/I, 即可求得被测元件的电阻R。同时，我们也可以
3、运用作图法，作出其伏安特性曲线，从曲线上求得电阻的 阻值。伏安特性曲线是直线的电阻称为线性电阻，否则则为非线性电阻。非线性电阻的阻值是不确定的， 只有通过作图法才能反映其特性。用伏安法测电阻，原理和操作都很简单，但由于电表有一定的内阻，必然就会给实验带来一定的误差。所 以应采用相应的方法接入电表。（一）电表接法R：一：电流表外接法法二：电流表内接法UU.R 测=U/IARx=U/IX故此接法用于测量小电阻由于小灯泡的电阻不大，故此采用法一。（二）滑动变阻器的两种接法 R 测=U/IARx=U/IX故此接法用于测量大电阻限流接法I分压接法为使小灯泡的电阻能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分压法
4、。（三）电路图由于小灯泡伏安特性时，电流表用外接法，滑动变阻器用分压法，所以电路图为：二. 主要仪器的功能及选择：小灯泡、电流表、万用表、滑动变阻器、电源、开关、导线。（一）万用表：是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、 电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数。万用表由表头、测量 电路及转换开关等三个主要部分组成。（二）滑动变阻器：保护电路，改变电路中的电流大小，从而改变用电器两端电压大小。1. 由于实验需要提供恒定的电流方可准确测出，故实验采用直流电。2. 由于小灯泡的规格为（12V.0.1A），故小灯泡的额定电压为1
5、2V，则电压表量程选择（020V）量程。3. 灯泡的额定电流为0.1A。故电流表选择（0200mA）。三. 设计方案（一）测量方案连接电路后，改变U的数值，使其分别为0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,2,4,6,8,10,11 并记录其对应的 I 值。（二）验证方案用实验得出的数据和根据u=k*iAn的关系式用i求出u的数据在同一个表上表现出来，如 果两条曲线基本重合，就说明小灯泡伏安特性曲线得以验证。四. 数据处理结果及分析根据所测得的数据用excel处理可得一下两个图表。小灯泡伏安特性曲线468101240200080601 畜-多项式电田Wy
6、 = 0.0049x5-0. 1567x4-1. 8744/3-L0. 610x2t36. 683x+3.R 2 = 0. 9976图一图二1、图一：经过试验并作图可得，U与I的关系形成一条曲线，斜率随电压的增大而减小。2、图二：经过电脑的线性拟合之后，可看出lnU与lnI成线性相关关系，关系式为：y=0.5828x+3.3939, R2=0.9973。根据公式Y=X/n-LnK/n可得：因为Y=AX+BB =-1/n lnK=0.5828A=1/n=3.3939所以算得 n=1.7159K=2.957*10 (-3)求得 U=2.957*10 (-3)1.7159对 U=2.957*10 (
7、-3)1.7159 进行验证：V灯泡伏安特性曲线图三由图可看出两条曲线基本重合，小灯泡的伏安特性曲线的以验证。五、实验结论（一）由图二可得，小灯泡的相关系数2=0.9908趋近于1,所表明lnU和lnI显著相 关，结果合理，所以用U=Kn来描述伏安特性曲线是合理的，根据计算结果得 U=2.957*10 （-3）1.7159（二）经过多次实验测得，所画的线均为曲线，故可以得出其有额外因素改变小灯泡两 端的电压，由于小灯泡工作时候会发热，故表明，小灯泡的电阻随温度的升高而增大， 电压增大，描绘出来的为一条曲线。（三）图三可得：图表中的两条曲线禹趋近于重合，说明实验误差小，实验成功。（四）根据资料显
8、示，表示非线性元件的电阻有两种方法，一种叫做静态电阻（或叫直 流电阻），用Rd表示，另一种叫做动态电阻（或叫微变电阻）用rd表示，它等于工作点附 近的电压改变量与电流改变量之比。动态电阻可以通过伏安特性曲线求出，如图四所示，图 中Q点的静态电阻。为了方便表示出动态电阻和静态电阻的关系，故画简图图四，动态电阻为rd此二%七为 个J,140小刘泡伏安特性曲线6 S 1012多项式（1）120100506040= 0.004&x5-0. L5fi74+1, B744：x3-10l 610x 2+36. 6S8x+3. 5513= 0. 9976图四图中O点到工作点Q的斜率的倒数，即R = UI为工作
9、点Q的静态电阻。伏安特性曲 线在工作点Q的切线的斜率的倒数，即R=dUdI为工作点Q的动态电阻。六. 参考文献1. 大学物理实验主编李斌李昂王天会吉林大学出版社2012年2. 伏安法测电阻实验电路的设计方法 孙其成第13期2012年3. 伏安法测电阻应注意的问题 刘亮六. 注意事项（一）闭合开关S前，滑动触头应移到小灯泡分得电压为0的位置，可以使开关闭合时小灯 泡电压能从0开始变化，同时也为了防止开关刚闭合时，小灯泡两端电压过大而烧坏灯丝。（二）保持小灯泡电压接近额定值时要缓缓的增加，到额定值读出I后立刻断开开关。（三）画u-I曲线时，误差较大的点应当当舍弃，并且不要画成折线，而应画成平滑的曲
10、线。七. 实验心得这个设计实验看起来挺简单的，但你要做的时候，要注意的东西很多。首先你要分析要用什么量程 的电压和电流，其次你要正常的连接电路才不会烧坏的电表，最后还要考虑如何处理数据，验证数据的合 理性和误差。通过这次设计性实验，提高了我们的动手能力，也培养了我们团队精神和思考问题的能力。（郑镁熳）本次设计性实验，设计和操作部分较为容易，但是注意的细节有很多，实验中要注意小灯泡的发热 对实验带来的影响，并且由于使用万用表，数据测定较不稳定，故应该更用心做实验。在实验完全后，进 行数据剖析和深入理解，分析。经过这次试验，不仅仅培养了自己对电学实验的操作能力，而且更熟悉用 电脑处理数据，例如使用
11、最小二乘法，线性拟合等。也感谢这次实验，是自己的团队合作精神得以提高。（王文君）测量小灯泡的伏安特性曲线这个实验之前做过类似的，但是这次要自主设计实验选择测量方法还是有 点难度，要查阅文献资料还有自己亲自动手测量，要考虑很多方面的因素。但是通过这次实验，我们小组 查阅看很多资料，完成了整个实验还有论文，提高了我们自主设计的能力。（张业敏）附表：数据处理及分析1_1i000. 17. 930. 29. 330. 313. 350. 419. 650. 522. 030. 621130. 725. 610. 827.130. 928. 09129. 55244. 35466. 81682. 788
12、96. 0210112. 5311119. 23表一表二小灯泡伏安特性曲线 i多项式曜= D. 0049x 5-0. 155Tj4+L BT44x3-1D. 610x2+36. 6881+3. 5jl3R2 = D. 9976经excel处理后，图像显示出一条线性直线，并给出了函数:=0.5828X+3.3939R 2=0.9908 根据公式Y=X/n-LnK/n可得：因为Y=AX+BB =-1/n lnK=0.5828A=1/n=3.3939所以算得 n=1.7159K=2.957*10 (-3)表三小灯泡伏安号性丹线40200080604020。12弓压u=ki n (验证)0i（.验证）00.1047572577. 930.1384653699. 330.25605576513. 350.49705227119. 650.60478335622. 030.70705201424. 130.78308922925. 610.86452539727. 130.91767982523. 091.00103864529. 552. 00921320844. 354.05851108166. 815.3&253950882. 787.56233128396. 029.928703991112. 5310.96456003119. 23
