大學(xué)物理實驗設(shè)計性實驗描繪小燈泡的伏安特性曲線

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：姓名:_學(xué)號：指導(dǎo)教師：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I與電阻R成反比，但小燈炮的電阻會隨溫度的改變而變化，VA）在一定電流范圍內(nèi)其電壓與電流的關(guān)系為U二KIn,K和n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)容和步驟），然后根據(jù)自己設(shè)計的方案，進(jìn)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

2、。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U二KIn；求系數(shù)K和n；（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)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

3、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，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U二KIn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(jìn)行線性最小二乘法進(jìn)行曲線擬合。6、掌握建立經(jīng)驗公式的基本方法。二、實驗器材學(xué)生電源（610V直流），小燈泡“”，電流表（內(nèi)阻較?。妷罕韮?nèi)阻很大），滑動變阻器，開關(guān)和導(dǎo)線。

4、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一一線性，小燈泡的伏安特性曲線一一非線性，二極管（正向和反向）的伏安特性曲線一一非線性。I根據(jù)部分電路歐姆定律，UI1-R可得u_R，即在uI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U-KI,K和n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R表示；另一種叫動態(tài)電阻（或叫微變電阻），用r表示，它等于工作點(diǎn)DD附近的電壓改變量與電流改變量之比。動態(tài)

5、電阻可以通過伏安曲線求出，如圖1所示，圖中Q點(diǎn)的靜態(tài)電阻dUr=二RD二UqUq，動態(tài)電阻r為DdQ/)二k-n-1G-1)dx。a)b)DdI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。由于小燈炮在內(nèi)的電阻RU/IA歐姆，而安培表的內(nèi)阻為歐x額額姆，伏特表內(nèi)阻為3千歐，所以，比芝瓦石，電流表應(yīng)采用外接法。農(nóng)2測挺曲艷對視聲相討謀踣適用條件內(nèi)鮭陽十也A1,氏乩乩vJlKt2&2矗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(diǎn)試觸，再與b點(diǎn)試觸。兩次試觸作比較，若發(fā)現(xiàn)

6、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0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R和VRA，則可以采用下列公式對被測電阻進(jìn)行修正。當(dāng)電流表內(nèi)接時：R二-R；XIA當(dāng)電流表外接時：1I1對非線性關(guān)系的線性化處理：將U=KIn兩邊取對數(shù)得LnU=LnKIn=LnK+nLnI5可化為11LnI=LnULnKnn11設(shè)x=LnU，y=LnI,A=LnK，B=得y=A+Bx。然后應(yīng)用取小一二nn乘法進(jìn)行曲線擬合。由公式可得、yABx=0 xyAxBx2=0解方程得A=yBx式中，A為直線y=A+Bx的截距，B為斜率。為了判斷所得的結(jié)果

7、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)r。對于一元線性回歸，r的定義為：可以證明，r的值總是在0和1之間。r的值越接近1,說明說明試驗數(shù)據(jù)點(diǎn)密集的分布在所求得的直線的近旁，用線性函數(shù)進(jìn)行回歸是合適的。相反，如果r值遠(yuǎn)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）。s（圖1）安培表外接?；瑒幼冏杵鹘映煞謮菏?。電流表采用100mA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

8、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U/mVkI/mAk序號U/mVkI/mAk110011150022001220003300132500440014300055001535006600164000770017450088001850009900195500101000206000說明：本實驗UI圖線在U二0.5V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在U二0.5V左右測繪點(diǎn)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1VV測量一個點(diǎn)；在電壓值1VVV。畫出伏安特性曲線：上以U為橫軸，以I為縱軸，

9、建立坐標(biāo)系。描出各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(diǎn)。將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連結(jié)起來。.拆除電路、整理儀器。11A二一一LnKB=n，n，求出K和n；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U/mVkI/mAk序號U/mVkI/mAk110011150022001220003300132500440014300055001535006600164000770017450088001850009900195500101000206000A=y-Bx2、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)代入公式xy-X-V中求出A和B,再根據(jù)B=、x2-X2A二-1LnKB二-n，n，求出K和n；將實驗數(shù)據(jù)按公式進(jìn)行處理后填入下表：I/mA

10、kU/mVkx=LnUy=LnIx*yx的平方y(tǒng)的平方1002.6032003.135二0.47A=yBX11A二一_LnKB二一由n,n小燈泡的伏安特性曲線電流（mA）3、根據(jù)電壓（mV）系列1元線性回歸相關(guān)系數(shù)r的計算公式查相關(guān)系數(shù)檢驗表得：當(dāng)r二1為顯著性標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在r二0.9840.950，表明y與x（即gI與gu）顯著相關(guān)，即回歸直線的直線性很好，式u=KIn得以驗證。六、實驗結(jié)果表達(dá)U=123（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94非常接近于1，說明試驗數(shù)據(jù)

11、點(diǎn)密集的分布在所求得的直線近旁，用線性函數(shù)進(jìn)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，電壓表量程應(yīng)選量程，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)，（UI值發(fā)生明顯變化處，即曲線彎拐處，也可以先由測繪出的UI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UI圖線在U=0.5V左右將發(fā)生明顯彎曲，故在0U=0.5V左右測繪點(diǎn)要密，否則將出現(xiàn)很大誤差。0（6）測量小燈泡伏安特性曲線時，在電壓值IV以下，從0開始，以電壓變化為基準(zhǔn)，每隔測量一個點(diǎn)；在電壓值1V以上，每隔測量一個點(diǎn)；測量電壓最大值小于額定工作電壓。（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，要馬上斷開電鍵。（8）畫UI曲線時不要畫成折線，而應(yīng)畫成平滑的曲線，誤差較大的點(diǎn)應(yīng)當(dāng)舍去。