高中物理电学实验三维仿真(测量小灯泡的伏安特性曲线)

高二物理组 实验报告测量小白炽灯泡的伏安特性曲线一、实验目的白炽灯是日常生活中经常使用的光源之一，由金属钨丝制成灯丝，因此也常常称为钨丝灯。

当电流通过时，灯丝发热而发光。

在工作时，白炽灯的灯丝处于高温状态，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，其伏安特性曲线不呈直线，因此白炽灯属于非线性元件。

白炽灯的种类很多，实验中使用的小灯泡是常用做手电筒的光源（其工作条件是6.3V,0.15A ）.在一定温度范围内，小灯泡的电压与电流的关系为nKI U =，K 和n 是与灯泡有关的系数。

本实验为设计实验，实验目的为：⒈选择实验的测量仪器，学会电学基本仪器的使用 ⒉知道伏安法测量的两种接法⒊知道滑线变阻器的分压、限流接法⒋学会测量小灯泡的电阻并绘制伏安特性曲线 ⒌知道最小二乘法处理数据的方法⒍验证在一定温度范围内，其电压和电流的关系符合关系式：nKI U =。

二、实验仪器小灯泡（6.3V 0.15A ）、电流表、电压表、变阻器、直流电源、开关、导线等。

三、实验原理实验中小灯泡的电阻等于灯泡两端的电压与通过灯泡电流的比值。

改变小灯泡两端的电压，测出相应的电流值，画出图象就可以知道它的伏安特性。

但由于小灯泡是非线性电阻，它随温度的变化而电阻值改变，所以它的伏安特性不是直线，而是曲线。

1．测量电阻的电路有两种接法，分别是内接法和外接法。

电流表外接法：如图甲所示，由于电压表的分流，电流表测出的电流比R X 中的实际电流要大一些，所以R 测<R 真。

即当R V >>R X 时，我们采用外接电流表的方法，误差较小。

电流表内接法：如图乙所示，由于电流表的分压，电压表测出的电压比RX 两端的实际电压要大一些，所以R 测>R 真。

即当R A <<R X 时，我们采用内接电流表的方法，误差较小。

实验二描绘小灯泡的伏安特性曲线【实验目的】1．描绘小电珠的伏安特性曲线2．分析伏安特性曲线的变化规律【实验原理】1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在UI坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来。

2．电流表外接：因为小电珠电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化。

【实验器材】小电珠(“3.8 V,0.3 A”或“2.5 V,0.6 A”)、4～6 V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、坐标纸、铅笔【实验步骤】1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按如图所示的原理图连接好实验电路。

2．把滑动变阻器的滑动片调节到图中最左端，接线经检查无误后，闭合开关S。

3．移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值UU(V) 0 0.2 0.4 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8I(A)应的点，将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线。

5．拆除电路，整理仪器。

【注意事项】1．本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．2．滑动变阻器应采用分压式连接：目的是为了使小灯泡两端的电压能从0开始连续变化．3．U－I图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U＝1.0 V左右绘点要密，以防出现很大误差．4．建立坐标系时，纵轴表示电压，横轴表示电流，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸。

【误差分析】1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．2．测量时读数带来误差．3．在坐标纸上描点、作图带来误差．【典型例题】一、实验原理和器材的选择例题：有一小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线，现有下列器材供选用：A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)B．电压表(0～15 V，内阻20 kΩC．电流表(0～3 A，内阻1 Ω)D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)E．滑动变阻器(最大阻值为10 Ω，允许最大电流为2 A)F．滑动变阻器(最大阻值为500 Ω，允许最大电流为1 A)G．学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是：_______________________ _________.(2)电压表选、电流表选、滑动变阻器选。

实验目的：1．学习简单的电路连接2．掌握用伏安法测量电阻的基本法及其误差分析。

3．测定非线形带内阻的伏安特性。

实验原理：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。

1.电表接法法一：电流表外接法法二：电流表内接法∵I> I X ∵U>U∴R测=U/I A＜R x=U/I X ∴R测=U/I A＜R x=U/I X故此接法用于测量小电阻故此接法用于测量大电阻由于小灯泡的电阻不大，故此采用法一。

2．滑动变阻器的两种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。

3.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：4．小灯泡的伏安特性根据欧姆定律，R=U/I 。

但由于小灯泡的内阻会随温度的升高而变化，低温灯丝的电阻变化与温度升到较高的电阻变化不一样。

所以 应采用公式：U=KI n两边取自然对数 lnU=lnK+nlnIlnI=－nU nKln ln令y=lnI, x=lnU, B=－nK ln , A=n1 得y=B+Ax可采用最小二乘法。