“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中的若干問題

摘要：本文通過對“描繪小燈泡的伏安特性曲線”學生分組實驗分析，找出實驗中的問題，探索相應的解決辦法，以及實驗中應該注意的問題。

關鍵詞：外接法；內接法；分壓式電路；伏安特性曲線

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2007)5(S)-0057-2

“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗是聯系初中、高中電學實驗的紐帶，雖然伏安法測小燈泡的電阻在初中已做過學生實驗，但是，通過對學生做這個實驗的分析，還是存在不少的問題。見表1

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怎樣做好“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗，在高中階段還是顯得很重要，該實驗不僅是教材新增加的一個好實驗，而且為測金屬電阻率、電流表改成電壓表、測定電源電動勢和內阻、多用電表的使用等實驗奠定基礎。下面，根據教學實踐，談一談做“描繪小燈泡的伏安特曲線”實驗應該注意的若干問題。

1 電流表的選擇

（1）量程的選擇

實驗中，我們一般采用“3.8V，0.3A”的小燈泡。研究表明“小燈泡在0-3V范圍內變化時，足能反映出小燈泡燈絲電阻的非線性特性。在0-0.1V時基本呈線性；在0.1-0.4V時非線性最明顯；在0.4-3.8V時又近似呈線性。根據實驗測量要求，電壓表量程應選用0-3V檔，而電流表則采用0-0.6A檔。

（2）電流表的連接

伏安法測電阻時，電流表的連接有兩種方法內接法（如圖1）與外接法（如圖2）。究竟是采用內接法還是外接法？主要是取決于哪一種連接的相對誤差小。兩種連接方法的比較見表2。

還有一種較簡單的判別方法，如圖3所示。在連接電路時，電壓表一端不接，作為自由端先與a點試觸，再與b點試觸。兩次試做比較，若發現電壓表的讀數相對變化大，而電流表的讀數相對變化小，就采用外接法，反之則采用內接法。

2 滑動變阻器

(1)連接方法

滑動變阻器的連接方式有兩種：限流式（圖4）和分壓式（圖5）。在相同條件下，分壓式接法加在負載上的電壓調節范圍要大。兩種連接方法的比較見表3。

（3）滑動變阻器的調節

實驗表明：小燈泡在0-0.1V范圍內，伏安特性近近線性；在0.1-0.4V范圍內，伏安特性表現為非線性；在0.4-3V范圍內，伏安特性又近似為線性。所以在實驗時，在0-0.1V范圍內要測量兩組數據，在0.1-0.4V范圍內至少要測量3組數據，在0.4以上，可測量3組數據。意思是說：不要在0-3V范圍內8等分，每隔0.4V測量一組數據，前面電壓間隔要很小，0.4V以后，電壓間隔可以大些。另外，由于受燈絲溫度的影響，電壓千萬不可以從大到小調節。

3 實驗故障的判斷及排除

實驗發現，部分學生按圖5電路連接好以后，合上電鍵發現兩電表均有讀數，可是小燈泡不會發光，于是就誤認為小燈泡壞了，而不會根據所學知識分析，當通過小燈泡的電流很小時，根據焦耳定律Q=I2Rt可知，燈絲發出的熱量還不能使它的溫度上升得足夠高，因此，它不亮，其實，小燈泡并沒有燒壞。另外，有一部分學生連好電路，合上電鍵發現電壓表有讀數而電流表沒有讀數后，也只會判斷電流表壞了，而不會分析可能是小燈泡壞了，或者可能是小燈泡與燈座沒有旋緊等其它原因。所有這些細小的問題都說明學生的實驗技能是欠缺的，必須通過實驗過程使能力提高。

4 數據處理及作圖

（1）實驗數據

用“3.8V，0.3A”的小燈泡做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗測得的數據（見表4）

（2）繪圖

在坐標紙上畫伏安特性曲線，一般采用I-U圖線，而不是U-I圖線，主要是該實驗中，加在小燈泡兩端的電壓U是變量，而通過燈絲的電流I是應變量。

本實驗中的I-U是非線性關系，而非線性關系曲線的描繪對學生來說是一個難點，要指導學生將它連成一條光滑的曲線，如圖7所示，切不可連成折線。以上指出的問題都值得大家重視。

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參考文獻：

［1］高中物理第二冊（人教版）.2003年6月第一版.第258～259頁

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。