大学物理实验课件 实验4.6 测量线性电阻的伏安特性

实验四电阻元件伏安特性的测定【实验简介】电阻是电学中常用的物理量。

利用欧姆定律测导体电阻的方法称为“伏安法”。

为了研究材料的导电性，通常作出其伏安特性曲线，了解它的电压和电阻的关系。

伏安特性曲线是直线的元件称为“线性元件”，伏安特性曲线不是直线的元件称为“非线性元件”。

这两种元件的电阻都可以用伏安法测量。

但是，由于测量时电表被引入测量电路，电表内阻必然会影响测量结果，因而应考虑对测量结果进行必要的修正，以减小系统误差。

【实验目的】1、了解电学实验常用仪器的规格、性能，学习它们的使用方法。

2、学习电学实验的基本操作规程和连接电路的一般方法。

3、掌握电阻元件伏安特性的测量方法，用伏安法测电阻。

4、了解系统误差的修正方法，学会作图法处理实验数据。

【实验仪器和用具】直流稳压电源，直流电压表，直流电流表，滑线变阻器，电阻元件盒（一个百欧，一约千欧，一个二极管），导线10根。

【实验原理】1、伏安特性曲线实验中常用的线绕电阻、碳膜电阻和金属膜电阻等，它们都具有以下共同特性，即加在该电阻上的电压与通过其上的电流总是成正比例的变化(忽略电流热效应对阻值的影响)。

若以纵坐标表示电流，横坐标表示电压，电流与电压的关系如图4-2（a）所示。

具有这种特性的电阻元件成为“线性电阻元件”。

2、非线性电阻如果电阻电阻元件两端的电流、电压关系为曲线，则这类电阻元件称为“非线性电阻元件”（如热敏电阻、二极管等）。

这种元件的特点是电阻随加在它两端的电压改变而改变如图4-2（b）所示。

一般均用伏安特性曲线来反映非线性电阻元件的特性。

3、伏安法测电阻欧姆定律告诉我们，通过一段电路的电流，与这段电路两端的电压成正比，与这段电路图4-2（a）线性电阻的伏安特性曲线图4-2（b）二极管的伏安特性曲线的电阻成反比，即U I R =。

由此可求得电阻U R I=（4-1） 这是伏安法测电阻所根据的基本原理。

（1）电流表内接法如图4-3所示，电流表内接法。

《基础物理实验》实验报告实验：线性和非线性电阻的伏安特性的测量姓名：学号：班级：成绩：合作者：指导教师：日期：2022 年____月____日【注意事项】（在开始实验操作前请仔细阅读以下说明）1．测量时，可调稳压电源的输出电压由0 V缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表的读数，切勿超过规定值。

2．稳压电源输出端切勿碰线短路。

3．测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程。

【预习题】1. 下图分别为纯电阻、白炽灯泡、普通二极管、稳压二极管的伏安特性曲线，请根据伏安特性曲线分析各种电阻有什么特点？答：纯电阻：纯电阻的伏安特性是一条直线，电压与电流成线性关系，电阻数值恒定，为线性电阻。

白炽灯泡：白炽灯泡的伏安特性是关于原点对称的曲线，其斜率由小变大，说明其电阻值由小变到大，白炽灯泡为非线性电阻。

普通二极管：二极管加反向电压时，流过二极管的电流很小，几乎为0，说明电阻非常大，趋于断路；当二极管加正向电压时，刚开始电流变化较小，但电压大于一定值时，电流会随电压的缓慢升高而急剧增大，说明电阻急剧变小，二极管为非线性电阻。

稳压二极管：稳压二极管的正向特性与普通二极管的正向特性相似。

加反向电压时，在某范围内的电压，电流较小；一旦超出一定电压，电流就会突然增加，而稳压二极管上的电压几乎恒定不变。

说明电阻刚开始非常大，随着电压增大，一旦达到一定值时，电阻急剧减小，稳压管为非线性电阻。

2. 电流表内接方式和电流表外接方式分别适用于什么情况？答：电流表内接方式适用于待测电阻值远大于电流表的内阻。

电流表外接方式适用于待测电阻值远小于伏特表的内阻。

【实验目的】1．学习由测量电压、电流求电阻值的方法（伏安法）。

2．通过对二极管伏安特性的测量，了解非线性电学元件的导电特性。

3．学习减少伏安法中系统误差的方法。

【实验仪器】【实验内容与步骤】1．测定线性电阻的伏安特性（1）确定采用外接（内接、外接）法测伏安特性，并按图接线。

实验4.6 测量线性电阻的伏安特性物理系：张师平北京科技大学物理系张师平引言•伏安法测电阻是电阻测量的基本方法之一。

当一个原件两端加上电压时，元件内有电流通过时，电压和电流之间存在着一定的关系。

通过此元件的电流随外加电压的变化曲线，称为伏安特性曲线。

从伏安特性曲线所遵循的规律，可以得知该元件的导电特性。

北京科技大学物理系张师平实验目的1.了解电学基本仪器的性能和使用方法。

2.掌握用伏安法测电阻的方法。

3.学习指针式电表的精度表示方法。

4.掌握物理实验中的误差分析方法。

北京科技大学物理系张师平实验仪器1.伏特计（0-1.50-3.00-7.50V）0.5级，额定电流1mA2.毫安计（0-25.0-50.0-100.0mA）0.5级，额定电压26～30mV3.滑线电阻50Ω，1A4.稳压电源JWY-30B型，0～30V，1.0A或0.5A5.待测线性电阻北京科技大学物理系张师平认识电表——伏特计1.5V3.0V7.5V北京科技大学物理系张师平北京科技大学物理系张师平伏特计的使用电压表的内阻＝选用量程/额定电流电压表的不确定度＝V m ×f%表示该电表须水平放置使用前，调零；读数时，要使眼睛看见的指针以及镜面中指针的像重合再读刻度数。

电压值＝读取的刻度数×满量程电压/150（V ）认识电表——毫安计100.0mA50.0mA25.0mA北京科技大学物理系张师平北京科技大学物理系张师平毫安计的使用电流表内阻＝额定电压30mV/满量程电流电流表的不确定度＝I m ×f%表示该电表须水平放置使用前，调零；读数时，要使眼睛看见的指针以及镜面中指针的像重合再读刻度数。

电流值＝所读刻度数×满量程电流/100（mA ）北京科技大学物理系张师平实验原理——分压法与限流法分压电路限流电路实验内容1.确定电路（采用分压电路还是限流电路？）2.将稳压电源输出设定为9.0V3.待测电阻约为150Ω，注意电流表的量程选择。

实验报告实验报告专业***** 班级******** 姓名**** 学号******实验课程电阻元件特性的研究指导教师实验日期2017.6.8同实验者实验项目测试线性和非线性元件的 V-A特性实验设备及器材1． 0~20V可调直流稳压电源（带限流保护）。

2．量程可变标准数字电流表（200µA、2mA、20mA、200mA四档，三位半数字显示，精度0.5%）；三位半数显直流电压表（可变量程2V、20V，精度0.5%）。

3．被测元件（金属膜电阻、二极管、稳压管、12V小灯泡）及8根连线。

一、实验目的测试线性和非线性元件的V-A特性。

1．金属膜电阻的V-A特性。

2．二极管的正向和反向V-A特性。

3．稳压管的正向和反向V-A特性。

4．小灯泡的V-A特性。

二、实验原理把直流电压加到某个电阻性元件上，随着电压V的增加，电流I也增加，电压U 和电流I的比值不一定是一个常数。

当U和I成正比，二者之比为常数时，该元件被称为线性电阻元件，而当两者的比值不是一个常数时，则这种元件被称为非线性电阻元件。

把电压U和电流I的对应关系作图，得到的曲线称为该元件的伏安特性曲线。

曲线上某点的坐标值，电压和电流两者之比是一个电阻量，这个电阻称为等效电阻或静态电阻。

这种通过测量电压和电流测出电阻量的方法称为伏安法。

测量V-A特性的电路如图1、图2所示。

图中E为可调直流稳压电源，R为限流电阻，RL为被测元件，○V为三位半数显直流电压表，○A为三位半数显直流电流表。

测量时，当电压表或电流表显示1或－1时，表示已超过量程范围，必须扩大量程。

图1称为电流表内接，图2称为电流表外接。

由于同时测量电压和电流，无论哪种电路都会产生接入误差，现分析如下：1．电流表内接由图1可知，电流表测出流经RL的电流，但电压表测出的是加在RL和电流表两者的电压之和，即由于电流表的接入产生电压的测量误差UA。

从相对接入误差UA/UD可知，若电流表内阻RA<<RL，则UA<<UD，相对接入误差很小；反之若电流表内阻较大，就会造成不小的接入误差，所以电流表的内阻越小越有利于测量。

1线性与非线性元件伏安特性的测定一.实验目的1 •学习直读式仪表和直流稳压电源等仪器的使用方法 2•掌握线性电阻元件、非线性电阻元件的伏安特性的测试技能3•加深对线性电阻元件、非线性电阻元件伏安特性的理解•验证欧姆定律二•实验原理电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件， 有阻碍电流流动的性能。

当电流通过电阻元件 时，电阻元件将电能转换成其它形式的能量.并沿着电流流动的方向产生电压降。

电压降的大小等于电流的大小与电阻的乘积。

电压降和电流及电阻的这一关系称为欧姆定律。

U=IR上式的前提条件是电压 U 和电流I 的参考方向相关联.亦即参考方向一致。

如果参考方 向相反•则欧姆定律的形式应为U = -IR电阻上的电压和流过它的电流是同时并存的. 也就是说，任何时刻电阻两端的电压降只由该时刻流过电阻的电流所确定， 与该时刻前的电流的大小无关， 因此，电阻元件又被称为“无记忆”元件。

当电阻元件R 的值不随电压或电流大小的变化而改变时，则电阻 R 两端的电压与流过它的电流成正比例。

我们把符合这种条件的元件称为线性电阻元件。

反之.不符合上述条件的电阻元件被叫做非线性电阻元件。

电阻元件的特性除了用电压和电流的方程式表示外， 还可以用其电流和电压的关系图形来表示，该图形称为此元件的伏安特性曲线。

线性电阻的伏安特性曲线为一条通过坐标原点的直线，该直线的斜率即为电阻值，它是一个常数。

如图1-1所示。

半导体二极管是一种非线性电阻元件。

它的电阻值随着流过它的电流的大小而变化。

半导体二极管的电路符号用 本表示.其伏安特性如图 1-2所示。

由此可见半导体二极管的伏 安特性为非对称曲线。

对比图1-1和图1-2可以发现，线性电阻的伏安特性对称于坐标原点。

这种性质称为双 向性，为所有线性电阻元件所具备。

半导体二极管的伏安特性不但是非线性的.而且对于坐标原点来说是非对称性的，又称非双向性。

这种性质为多数非线性电阻元件所具备。

半导体二极管的电阻随着其端电压的大小和极性的不同而不同， 当外加电压的极性和二极管的极性 相同时，其电阻值很小，反之二极管的电阻很大。

实验一 线性与非线性元件伏安特性一、实验目的1. 学会识别常用电路元件的方法。

2. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。

3. 掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。

二、原理说明任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U 与通过该元件的电流I 之间的函数关系I ＝f(U)来表示，即用I-U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。

1. 线性电阻器的伏安特性曲线是一条 通过坐标原点的直线，如图1-1中a 所示， 该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。

2. 一般的白炽灯在工作时灯丝处于 高温状态， 其灯丝电阻随着温度的升高 而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度 越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻” 与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍， 所以它的伏安特性如图1-1中b 曲线所示。

3. 一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图1-1中 c 所示。

图1-1 正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V ，硅管约为0.5～0.7V ），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。

可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

注意：流过二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。

三、 实验设备四、实验内容1. 测定线性电阻器的伏安特性U(V)( )图 1-2 图 1-3按图1-2接线，调节稳压电源的输出电压U ，从0 伏开始缓慢地增加，一直到10V ，记下相应的电压表和电流表的读数U R 、I 。

2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性3. 测定半导体二极管的伏安特性按图1-3接线，R 为限流电阻器。

测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA ，二极管D 的正向施压U D+可在0～0.75V 之间取值。

在0.5～0.75V 之间应多取几个测量点。

实验二 线性与非线性
元件伏安特性的测定 一、实验目的
1.学习直流稳压电源、万用表的使用方法。

2.掌握线性电阻元件和非线性电阻元件伏安特性的测试方法。

3.加深对线性和非线性电阻元件的伏安特性的。

验证欧姆定律。

二、实验仪器
直流稳压电源、万用表、实验箱
三、实验原理
二端电阻元件的伏安特性是指元件的端电压与通过该元件电流之间的函数关系。

通过一定的测量电路，用万用表可测定电阻元件的伏安特性,由测得的伏安特性可了解该元件的性质。

通过测量得到元件伏安特性的方法简称伏安法。

电阻有线性电阻和非线性电阻两种。

⒈ 线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律。

在关联参考方向下，可表示为：u Ri ，其中R 为常量，称为电阻的阻值。

其伏安特性曲线是一条过坐标原点的直线，具有双向性。

如图2-1（a ）所示。

⒉ 非线性电阻的阻值 R 不是一个常量，其伏安特性是一条过坐标原点的曲线。

非线性电阻的种类很多，图2-1(b)所示为二极管的伏安特性曲线。

图2-1（a ） 图2-1（b ）
在被测电阻元件上施加不同极性和幅值的电压,测量出流过该元件中的电流；或在被测电阻元件中通入不同方向和幅值的电流，测量该元件两端的电压，便得到被测电阻元件的伏安特性。

测量参考电路如图2-2（a ）、(b)所示（选一个即可）。

200
200。

线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线一、实验目的：1．测绘电阻的伏安特性曲线2.学会用图线表示实验结果3．了解晶体二极管的单向导电特性二、实验仪器：毫安表、微安表、伏特计各一块，金属膜100K 电阻，锗二极管，电位器，限流电阻各一支，直流电源一台。

三、实验原理：1、当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻。

2、若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。

若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，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，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线（见图3.2-1）。

从图上看出，直线通过一、三象限。

它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数IV R =。

常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。

3、晶体二极管的结构和导电特性晶体二极管又叫半导体二极管。

半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。

如果在纯净的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。

加到半导体中的杂质可分成两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生许多带负电的电子，这种半导体叫电子型半导体（也叫n 型半导体）；另一种杂质加到半导体中会产生许多缺少电子的空穴（空位），这种半导体叫空穴型半导体（也叫p 型半导体）。

晶体二极管是由具有不同导电性能的n 型半导体和p 型半导体结合形成的p-结所构成的。

它有正、负两个电极，正极由p 型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图（a ）所示。

p-n 结具有单向导电的特性，常用图（b ）所示的符号表示。

关于p-n 结的形成和导电性能可作如下解释。

如图（a ）所示，由于p 区中空穴的浓度比n 区大，空穴便由p 区向n 区扩散；同样，由于n 区的电子浓度比p 区大，电子便 由n 区向p 区扩散。

实验一线性与非线性元件伏安特性的测定一、实验目的1．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测试技能。

2．学习直流稳压电源、直流电压表、电流表的使用方法。

3．加深对线性电阻元件、非线性电阻元件伏安特性的理解，验证欧姆定律。

二、实验原理电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件，有阻碍电流流动的性能。

当电流通过电阻元件时，必然要消耗能量，就会沿着电流流动的方向产生电压降，电压降的大小等于电流的大小与电阻值的乘积。

电压降和电流及电阻的这一关系称为欧姆定律。

U =IR (1－1上式的前提条件是电压U 和电流I 的参考方向相关联，亦即参考方向一致。

如果参考方向相反，则欧姆定律的形式应为U =-IR (1－2电阻上的电压和流过它的电流是同时并存的，也就是说，任何时刻电阻两端的电压降只由该时刻流过电阻的电流所确定，与该时刻前的电流的大小无关，因此电阻元件又称为“无记忆”元件。

当电阻元件R 的值不随电压或电流大小的变化而改变时，则电阻R 两端的电压与流过它的电流成正比例。

我们把符合这种条件的电阻元件称为线性电阻元件。

反之，不符合上述条件的电阻元件被叫做非线性电阻元件。

任一二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U 与通过该元件的电流I 之间的函数关系U ＝f(I 来表示，即用U －I 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。

根据伏安特性的不同，电阻元件分两大类：线性电阻和非线性电阻。

线性电阻元件的伏安特性曲I I 线是一条通过坐标原点的直线，如图1－1中（a ）所示，该直线的斜率只由电阻元件的电阻值RU U决定，其阻值为常数，与元件两00端的电压U 和通过该元件的电流I 无关；非线性电阻元件的伏(b(a安特性是一条经过坐标原点的I I曲线，其阻值R 不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不U 同的，常见的非线性电阻如白炽U00灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性如图1－1(d中（b ）、（c ）、（d ）。