“描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)”實(shí)驗(yàn)中的若干問(wèn)題

摘要：本文通過(guò)對(duì)“描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)”學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)分析，找出實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，探索相應(yīng)的解決辦法，以及實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：外接法；內(nèi)接法；分壓式電路；伏安特性曲線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2007)5(S)-0057-2

“描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)”的實(shí)驗(yàn)是聯(lián)系初中、高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)的紐帶，雖然伏安法測(cè)小燈泡的電阻在初中已做過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，但是，通過(guò)對(duì)學(xué)生做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的分析，還是存在不少的問(wèn)題。見(jiàn)表1

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怎樣做好“描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)”的實(shí)驗(yàn)，在高中階段還是顯得很重要，該實(shí)驗(yàn)不僅是教材新增加的一個(gè)好實(shí)驗(yàn)，而且為測(cè)金屬電阻率、電流表改成電壓表、測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻、多用電表的使用等實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。下面，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，談一談做“描繪小燈泡的伏安特曲線(xiàn)”實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意的若干問(wèn)題。

1 電流表的選擇

（1）量程的選擇

實(shí)驗(yàn)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(nèi)變化時(shí)，足能反映出小燈泡燈絲電阻的非線(xiàn)性特性。在0-0.1V時(shí)基本呈線(xiàn)性；在0.1-0.4V時(shí)非線(xiàn)性最明顯；在0.4-3.8V時(shí)又近似呈線(xiàn)性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量要求，電壓表量程應(yīng)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(cè)電阻時(shí)，電流表的連接有兩種方法內(nèi)接法（如圖1）與外接法（如圖2）。究竟是采用內(nèi)接法還是外接法？主要是取決于哪一種連接的相對(duì)誤差小。兩種連接方法的比較見(jiàn)表2。

還有一種較簡(jiǎn)單的判別方法，如圖3所示。在連接電路時(shí)，電壓表一端不接，作為自由端先與a點(diǎn)試觸，再與b點(diǎn)試觸。兩次試做比較，若發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)相對(duì)變化大，而電流表的讀數(shù)相對(duì)變化小，就采用外接法，反之則采用內(nèi)接法。

2 滑動(dòng)變阻器

(1)連接方法

滑動(dòng)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(fù)載上的電壓調(diào)節(jié)范圍要大。兩種連接方法的比較見(jiàn)表3。

（3）滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)

實(shí)驗(yàn)表明：小燈泡在0-0.1V范圍內(nèi)，伏安特性近近線(xiàn)性；在0.1-0.4V范圍內(nèi)，伏安特性表現(xiàn)為非線(xiàn)性；在0.4-3V范圍內(nèi)，伏安特性又近似為線(xiàn)性。所以在實(shí)驗(yàn)時(shí)，在0-0.1V范圍內(nèi)要測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù)，在0.1-0.4V范圍內(nèi)至少要測(cè)量3組數(shù)據(jù)，在0.4以上，可測(cè)量3組數(shù)據(jù)。意思是說(shuō)：不要在0-3V范圍內(nèi)8等分，每隔0.4V測(cè)量一組數(shù)據(jù)，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(wàn)不可以從大到小調(diào)節(jié)。

3 實(shí)驗(yàn)故障的判斷及排除

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生按圖5電路連接好以后，合上電鍵發(fā)現(xiàn)兩電表均有讀數(shù)，可是小燈泡不會(huì)發(fā)光，于是就誤認(rèn)為小燈泡壞了，而不會(huì)根據(jù)所學(xué)知識(shí)分析，當(dāng)通過(guò)小燈泡的電流很小時(shí)，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，燈絲發(fā)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(shí)，小燈泡并沒(méi)有燒壞。另外，有一部分學(xué)生連好電路，合上電鍵發(fā)現(xiàn)電壓表有讀數(shù)而電流表沒(méi)有讀數(shù)后，也只會(huì)判斷電流表壞了，而不會(huì)分析可能是小燈泡壞了，或者可能是小燈泡與燈座沒(méi)有旋緊等其它原因。所有這些細(xì)小的問(wèn)題都說(shuō)明學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能是欠缺的，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程使能力提高。

4 數(shù)據(jù)處理及作圖

（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

用“3.8V，0.3A”的小燈泡做“描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)”實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4）

（2）繪圖

在坐標(biāo)紙上畫(huà)伏安特性曲線(xiàn)，一般采用I-U圖線(xiàn)，而不是U-I圖線(xiàn)，主要是該實(shí)驗(yàn)中，加在小燈泡兩端的電壓U是變量，而通過(guò)燈絲的電流I是應(yīng)變量。

本實(shí)驗(yàn)中的I-U是非線(xiàn)性關(guān)系，而非線(xiàn)性關(guān)系曲線(xiàn)的描繪對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn)，要指導(dǎo)學(xué)生將它連成一條光滑的曲線(xiàn)，如圖7所示，切不可連成折線(xiàn)。以上指出的問(wèn)題都值得大家重視。

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參考文獻(xiàn)：

［1］高中物理第二冊(cè)（人教版）.2003年6月第一版.第258～259頁(yè)

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。