《測量小燈泡伏安特性曲線》

1、評分： 大學(xué)物理實驗設(shè)計性實驗實 驗 報 告實驗題目： 描繪小燈泡的伏安特性曲線 班 級： 電 信 06-1 姓 名： 楊俊維 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 梁一機 茂名學(xué)院技術(shù)物理系物理實驗室 實驗日期：2007年11月5日實驗課題及任務(wù)測量小燈泡伏安特性曲線實驗課題任務(wù)是：電學(xué)知識告訴我們當(dāng)電壓一定時電流與電阻成反比，但小燈炮的電阻會隨溫度的改變而變化，小燈泡(6.3、0.15)在一定電流范圍內(nèi)其電壓與電流的關(guān)系為，和是與燈泡有關(guān)的系數(shù)。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的知識，并在圖書館或互聯(lián)網(wǎng)上查找資料，設(shè)計出測量小燈泡伏安特性曲線的整體方案，內(nèi)容包括：（寫出實驗原理和理論計算公式，研究測量方法，寫出實驗內(nèi)容和步

2、驟)，然后根據(jù)自己設(shè)計的方案，進行實驗操作，記錄數(shù)據(jù)，做好數(shù)據(jù)處理，得出實驗結(jié)果，按書寫科學(xué)論文的要求寫出完整的實驗報告。設(shè)計要求 通過查找資料，并到實驗室了解所用儀器的實物以及閱讀儀器使用說明書，了解儀器的使用方法，找出所要測量的物理量，并推導(dǎo)出計算公式，在此基礎(chǔ)上寫出該實驗的實驗原理。 選擇實驗的測量儀器，設(shè)計出測量小燈泡伏安曲線的電路和實驗步驟，要具有可操作性。 驗證公式； 求系數(shù)和；（建議用最小二乘法處理數(shù)據(jù)）實驗器材小燈泡，電流表，電壓表，變阻器，直流電源，開關(guān)，導(dǎo)線等。實驗提示 小燈泡的通電后，燈絲的電阻受燈絲的影響。低溫時燈絲的電阻的變化與溫度升到較高時電阻變化是不一樣的。評分標(biāo)

3、準(zhǔn)(10分) 正確寫出實驗原理和計算公式，2分。 正確的寫出測量方法，1分。 寫出實驗內(nèi)容及步驟，1分。 正確的聯(lián)接儀器、正確操作儀器，2分。 正確的測量數(shù)據(jù)，1.5分。 寫出完整的實驗報告，2.5分。(其中實驗數(shù)據(jù)處理，1分；實驗結(jié)果，0.5分；整體結(jié)構(gòu)，1分)測量小燈泡伏安特性曲線實驗報告電信06-1 楊俊維 33號一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)測量非線性元件的伏安特性，掌握測量方法、基本電路；2、描繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律；3、驗證公式的正確性，并計算出K和n的值；4、學(xué)會對非線性關(guān)系的線性化處理。5、掌握用變量代換法把曲線改直線進行線性最小二乘法進行曲線擬合。6、掌握建立經(jīng)驗

4、公式的基本方法。二、實驗器材學(xué)生電源（610V直流），小燈泡（“6.3V 0.15A”），電流表（內(nèi)阻較小），電壓表（內(nèi)阻很大），滑動變阻器，開關(guān)和導(dǎo)線。三、實驗原理（1）測量伏安特性曲線電學(xué)元件的電流和電壓之間關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線，不同電學(xué)元件的伏安特性曲線不同。電阻的伏安特性曲線線性，小燈泡的伏安特性曲線非線性，二極管（正向和反向）的伏安特性曲線非線性。根據(jù)部分電路歐姆定律，可得，即在坐標(biāo)系中，圖線的斜率等于電阻的倒數(shù)。但由于小燈泡的電阻會隨溫度的改變而變化，小燈泡在一定電流范圍內(nèi)其電壓與電流的關(guān)系為,是燈泡的有關(guān)系數(shù)。表示非線性元件的電阻有兩種方法，一種叫靜態(tài)電阻（或叫直流電阻），用

5、表示；另一種叫動態(tài)電阻（或叫微變電阻），用表示，它等于工作點附近的電壓改變量與電流改變量之比。動態(tài)電阻可以通過伏安曲線求出，如圖1所示，圖中Q點的靜態(tài)電阻，動態(tài)電阻為。圖1U(V)0QI(A) VA（a）AV（b） 圖2伏安法測電阻時，電流表的連接有兩種方式：內(nèi)接法(如圖a)與外接法(如圖b)。主要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。由于小燈炮在03.8V內(nèi)的電阻RxU額/I額=3.8V/0.3A12.7歐姆，而安培表的內(nèi)阻為0.125歐姆，伏特表內(nèi)阻為3千歐，所以，電流表應(yīng)采用外接法。還有一種較簡單的判別方法：如圖所示，在連接電路時，電壓表一端不接，作為自由端先與a點試觸

6、，再與b點試觸。兩次試觸作比較，若發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)相對變化大，而電流表的讀數(shù)相對變化小，就采用外接法，反之則采用內(nèi)接法。電路圖如此為了消除電表接入誤差，如果已知電壓表和電流表的內(nèi)阻分別為 和 ，則可以采用下列公式對被測電阻進行修正。當(dāng)電流表內(nèi)接時：；當(dāng)電流表外接時：。對非線性關(guān)系的線性化處理：將兩邊取對數(shù)得,可化為設(shè),得。然后應(yīng)用最小二乘法進行曲線擬合。由公式可得解方程得為了判斷所得的結(jié)果是否合理，在待定常數(shù)確定以后，還需計算一下相關(guān)系數(shù)。對于一元線性回歸，的定義為：可以證明，的值總是在0和1之間。的值越接近1，說明說明試驗數(shù)據(jù)點密集的分布在所求得的直線的近旁，用線性函數(shù)進行回歸是合適的。相反

7、，如果值遠小于1而接近于0，說明試驗數(shù)據(jù)對求得的直線很分散，即用線性回歸不妥，必須用其他函數(shù)重新試探。四、實驗內(nèi)容及步驟（1）確定電流表、電壓表的量程，按照圖1連好電路。（注意開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器與燈泡并聯(lián)部分電阻為零）。（圖1）安培表外接?；瑒幼冏杵鹘映煞謮菏健ｋ娏鞅聿捎?00mA量程，電壓表用7.5V量程。測出小燈泡在不同電壓下的電流。閉合電鍵S前，滑動變阻器觸頭應(yīng)移到最左端，以使電鍵閉合時小燈泡電壓能從0開始變化。移動滑動變阻器觸頭位置，測出20組不同的電壓值U和電流I，并將測量值數(shù)據(jù)填入表格。序號序號110013.511150049.0220023.012200052.2330027

8、.213250064.3440029.014300071.0550031.015350077.1660033.116400083.5770035.017450089.4880036.818500095.0990038.7195500100.010100040.1206000104.1說明：本實驗圖線在左右將發(fā)生明顯彎曲，故在左右測繪點要密，否則將出現(xiàn)很大誤差。測量小燈泡伏安特性曲線時，在電壓值1V以下，從0開始，以電壓變化為基準(zhǔn)，每隔0.1V測量一個點；在電壓值1V以上，每隔0.5V測量一個點；測量電壓最大值小于額定工作電壓6.3V。畫出伏安特性曲線：上以為橫軸，以為縱軸，建立坐標(biāo)系。描出各組

9、數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點。將描出的點用平滑的曲線連結(jié)起來。.拆除電路、整理儀器。，求出和；五、實驗數(shù)據(jù)及處理： 1、將測得的數(shù)據(jù)填入下表中：序號序號110013.511150049.0220023.012200052.2330027.213250064.3440029.014300071.0550031.015350077.1660033.116400083.5770035.017450089.4880036.818500095.0990038.7195500100.010100040.1206000104.12、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)代入公式中求出A和B，再根據(jù)，求出和；將實驗數(shù)據(jù)按公式進行處理后填入下表：y=

10、LnIx*yx的平方y(tǒng)的平方13.51004.6052.603 11.98721.2066.77623.02005.2983.135 16.60928.0699.82827.23005.704 3.30318.84032.53610.91029.04005.991 3.36720.17235.89211.33731.05006.215 3.43321.33638.62611.78533.16006.397 3.50022.38940.92212.25035.07006.5513.55523.28942.91612.63836.88006.6853.60524.09944.68912.99638

11、.79006.8023.65624.86846.26713.36640.110006.9083.69225.50447.72013.63049.015007.3133.89228.46253.48015.14852.220007.6013.95530.06257.77515.64264.325007.8244.16432.57961.21517.33971.030008.0064.26334.12964.09618.17377.135008.1614.34535.46066.60218.87983.540008.2944.42436.69268.79019.57189.445008.4124.

12、49337.79570.76220.18795.050008.5174.55438.78672.53920.739100.055008.6134.60539.66374.18421.206104.060008.7164.64440.47775.96921.567平均值7.12983.859528.15752.19815.199由表計算出A ,B的值，再由A,B的值計算出k 和 n的值 0.47 A=0.52由,得k=0.33, n=2.13小燈泡的伏安特性曲線02040608010012002000400060008000電壓（mV）電流（mA）系列13、根據(jù)一元線性回歸相關(guān)系數(shù)r的計算公式，

13、 求出r：=0.994查相關(guān)系數(shù)檢驗表得：當(dāng) 1為顯著性標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在 0.984 0.950 ,表明y與x（即與）顯著相關(guān)，即回歸直線的直線性很好,式 得以驗證。六、實驗結(jié)果表達k=0.33, n=2.13U=0.33 (U的單位是mV, I的單位是mA)七、實驗結(jié)論描繪出的圖線是一條曲線。它的斜率隨電壓的增大而減小，這表明小燈泡的電阻隨電壓（溫度）升高而增加。因通過計算得出的相關(guān)系r=0.994非常接近于1，說明試驗數(shù)據(jù)點密集的分布在所求得的直線近旁，用線性函數(shù)進行回歸是適合的。八、實驗討論_（1）實驗前應(yīng)先檢查電流表、電壓表是否指零，不指零時要先轉(zhuǎn)動定位螺絲使指針指零。（2）實驗過程中，電壓

14、表量程應(yīng)選7.5V量程，不可變更。（3）讀數(shù)時，視線要與刻度盤垂直，力求讀數(shù)準(zhǔn)確。（4）轉(zhuǎn)動、觸頭位置時，要眼睛盯著電壓表，當(dāng)指針指在所設(shè)電壓值時，停止移動，同樣，這樣做也防止電壓表電壓過大而燒壞電表。（5）實驗中若采用其他小燈泡，其電壓預(yù)設(shè)值可變化，并且在圖線彎拐處要盡可能多測幾組數(shù)據(jù)，（值發(fā)生明顯變化處，即曲線彎拐處，也可以先由測繪出的圖線，看在U=？時發(fā)生彎拐，然后再在這一范圍內(nèi)加測幾組數(shù)據(jù)。）本實驗圖線在左右將發(fā)生明顯彎曲，故在左右測繪點要密，否則將出現(xiàn)很大誤差。（6）測量小燈泡伏安特性曲線時，在電壓值1V以下，從0開始，以電壓變化為基準(zhǔn)，每隔0.1V測量一個點；在電壓值1V以上，每隔0.5V測量一個點；測量電壓最大值小于額定工作電壓6.3V。（7）在電壓接近燈泡額定電壓值時，一定要慢慢移動觸頭位置。當(dāng)電壓指在額定電壓處時，測出I后，要馬