做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验应注意的若干问题，本文主要内容关键词为：应注意论文,灯泡论文,若干问题论文,曲线论文,特性论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验是联系初中、高中电学实验的纽带，虽然伏安法测小灯泡的电阻在初中已经做过学生实验，但是，我校712名学生在做这个实验时，还是存在不少问题，分析见表1。
表1
┌──┬───┬───┬────┬───┬────┬─────┬────┐
││电表 │电流表│滑动变 │闭合电││ ││
│栏目│ │ │阻器│键前滑│测量│坐标系│图像│
││量程 │连接 ││ │间隔│ ││
││ │ │连接│片位置││ ││
├──┼───┼───┼────┼───┼────┼─────┼────┤
│错误│ │ ││在输出│前后│电流为│直线或 │
│情况│0～15V│内接法│限流式 │电压最│均匀│ ││
││ │ ││大处 │分布│自变量│折线│
├──┼───┼───┼────┼───┼────┼─────┼────┤
│百分│ 2.8 │ 4.2 │ 22.8 │10│ 13.1 │14.3 │9.0 │
│比％│ │ ││ ││ ││
└──┴───┴───┴────┴───┴────┴─────┴────┘
怎样做好“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验？在高中阶段还是显得很重要，该实验不仅是教材新增的一个好实验，而且它又为后面关于测金属电阻率、把电流表改装成电压表、测定电源电动势和内阻、多用电表的使用等实验奠定基础。下面，根据笔者的实践，谈一谈做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验应注意的若干问题。
一、电表
1.量程的选择
教材采用“4V，0.7A”或“3.8V，0.3A”的小灯泡，由于“4V，0.7A”的小灯泡市面上较难买到，所以，我们一般采用“3.8V，0.3A”的小灯泡来做实验。实验研究表明“小灯泡在0～3V范围内变化时，足能反映出小灯泡灯丝电阻的非线性特性。在0～0.1V时基本呈线性；在0.1～0.4V时非线性最明显；在0.4V～3.8V时又近似呈线性。若电压表用0～15V档，读数误差很大。所以，电压表可采用0～3V档，而电流表则采用0～0.6A档。
2.电流表的连接
伏安法测电阻时，电流表的连接有两种方式：内接法（如图1）与外接法（如图2）。究竟是采用内接法还是外接法？主要取决于哪一种连接的相对误差小。两种连接方法的比较见表2。
图1
图2
表2
由于小灯泡在0～3.8V内的电阻R[，x]＜（U额/I额）=（3.8V/0.3A）≈12.7
，而安培表的内阻为0.125，伏特表内阻为3k，所以，R[，x]＜
电流表应采用外接法。
还有一种较简单的判别方法：如图3所示，在连接电路时，电压表一端不接，作为自由端先与a点试触，再与b点试触。两次试做作比较，若发现电压表的读数相对变化大，而电流表的读数相对变化小，就采用外接法，反之则采用内接法。
图3
二、滑动变阻器
1.连接方法
滑动变阻器的连接方式有两种：限流式（图4）和分压式（图5）。在相同条件下，分压式接法加在负载上的电压调节范围要大。两种连接方法的比较见表3。
图4
图5
表3
┌────┬────────────────────┬──────────┐
│││闭合电键前滑片应处的│
│连接方式│负载上的电压调节范围││
│││位置│
├────┼────────────────────┼──────────┤
│限流式 │（R[，x]ε/R[，x]+R[，0]）≤U[，x]≤ε │b端 │
├────┼────────────────────┼──────────┤
│分压式 │0≤U[，x]≤ε
│a端 │
└────┴────────────────────┴──────────┘
本实验要求小灯泡两端电压在0～3V范围内，所以滑动变阻器应采用分压式接法；若采用限流式接法，其电压调节范围仅为0.55V～3V（注：0.55V时，R[，x]≈4.44，而不是R[，x]=（U额/I额）=（3.8V/0.3A）≈12.7），就无法描绘出小灯泡灯丝电阻在非线性阶段时的伏安特性曲线。
2.规格的选择
由于本实验滑动变阻器要采用分压式连接，如图5所示，当滑片处于c处时，负载R[，x]上的电压U[，x]与R[，ac]的关系如图6所示。
图6
当R[，x]
R时，U[，x]≈（R[，ac]/R）ε，U[，x]与R[，ac]成正比，U[，]随R[，ac]的变化大致如图6中图线Ⅰ所示，调节滑动变阻器时，电压均匀变化；当R[，x]
R时，U[，x]随R[，ac]的变化大致如图6中图线Ⅲ所示，负载R[，x]上的电压U[，x]随R[，ac]的增大，开始缓慢增大，后急剧上升，调节较为困难。因此，滑动变阻器应选择阻值适当较小而额定电流较大的一种。
3.如何移动变阻器的滑片
实验表明：小灯泡在0～0.1V范围内，伏安特性近似线性；在0.1V～0.4V范围内，伏安特性表现为非线性；在0.4V～3V范围内，伏安特性又近似为线性。所以，在实验时，在0～0.1V范围内要测量两组数据，在0.1V～0.4V范围内至少要测量3组数据，在0.4V以上，可测量3组数据。意思是说：不要在0～3V范围内8等分，每隔0.4V测量一组数据，前面电压间隔要很小，0.4V以后，电压间隔可以大些。另外，由于受灯丝温度的影响，电压千万不可以从大到小调节。
三、实验故障的判断及排除
实验发现，部分学生按图5电路连接好以后，合上电键发现两电表均有读数，可是小灯泡不会发光，于是就找我说小灯泡坏了，他们不会分析通过小灯泡的电流很小时，根据焦耳定律Q=I[2]Rt可知，灯丝发出的热量还不能使它的温度上升得足够高，因此，它不亮，其实，小灯泡并没有烧坏。另外，有一部分学生连好电路，合上电键发现电压表有读数而电流表没有读数后，就找我说电流表坏了，他们不会分析可能是小灯泡坏了或者可能是小灯泡与灯座没有旋紧。所有这些细小的问题都说明他们的实验技能是欠缺的。
四、图像与数据处理
1.图像
在坐标纸上画伏安特性曲线，一般采用I-U图线（图8）而不是U-I图线（图7），主要是该实验中，加在小灯泡两端的电压U是变量，而通过灯丝的电流I是应变量。2003年6月第1版（必修加选修）教材第151页的：“用纵坐标表示电流I，用横坐标表示电压U，画出的I-U图线叫做导体的伏安特性曲线”的定义也是从这个角度来考虑的。
图7
图8
2.数据
表4：用“3.8V，0.3A”的小灯泡做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验测得的数据
表4
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│序号 │ 1
│ 2
│ 3
│ 4
│ 5
│ 6
│ 7
│ 8
│
├───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤
│U/V
│0.05 │0.10 │0.20 │0.30 │0.40 │1.00 │2.00 │3.00 │
├───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤
│I/A
│0.05 │0.08 │0.10 │0.111 │0.12 │0.16 │0.22 │0.27 │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
3.绘图
本实验中的I-U是非线性关系，而非线性关系曲线的描绘对学生们来说是一个难点，我们要指导学生将它连成一条光滑的曲线，如图9所示，切不可连成折线。
图6
总之，“描绘小灯泡的伏安特性曲线”这个实验有很多细节问题值得大家重视，学生们才能圆满地做好这个实验。