大学物理实验设计性实验描绘小灯泡的伏安特性曲线.docx

大学畅理卖验役计性卖验 实验报告 实验题目:描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验题目: 描绘小灯泡的伏安特性曲线 班 级： 姓 名：—学号: 指导教师： 实验课题及任务 《测量小灯泡伏安特性曲线》实验课题任务是：电学知识告诉我们当 电压一定时电流/与电阻成反比，但小灯炮的电阻会随温度的改变而变 化，小灯泡(6.3 V . 0.15 A )在一定电流范围内其电压与电流的关系为 U = KIn, K和〃是与灯泡有关的系数。 学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计岀《测 量小灯泡伏安特性曲线》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计 算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤)，然后根据自己设计的方案, 进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文 的要求写出完整的实验报告。 设计要求 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用 说明书，了解仪器的使用方法，找岀所要测量的物理量，并推导岀计算公式, 在此基础上写出该实验的实验原理。 选择实验的测量仪器，设计出测量小灯泡伏安曲线的电路和实验步 骤，要具有可操作性。 验证公式U = KI“； 求系数K和 (建议用最小二乘法处理数据) 实验器材 小灯泡，电流表，电压表，变阻器，直流电源，开关，导线等。 实验提示 小灯泡的通电后，灯丝的电阻受灯丝的影响。低温时灯丝的电阻的变 化与温度升到较高时电阻变化是不一样的。 评分标准（10分） （1） 正确写出实验原理和计算公式，2分。 （2） 正确的写出测量方法，1分。 （3） 写出实验内容及步骤，1分。 （4） 正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。 （5） 正确的测量数据，1.5分。 （6） 写出完整的实验报告，2. 5分。（其中实验数据处理，1分；实验结 果，0.5分；整体结构，1分） 《测量小灯泡伏安特性曲线》实验报告 电信06-1杨俊维33号 一、实验目的 1、 学习测量非线性元件的伏安特性，掌握测量方法、基木电路； 2、 描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律； 3、 验证公式U = KI”的正确性，并计算出K和n的值； 4、 学会对非线性关系的线性化处理。 5、 掌握用变量代换法把曲线改直线进行线性最小二乘法进行曲线拟合。 6、 掌握建立经验公式的基本方法。 二、实验器材 学生电源（6?1OV直流），小灯泡（“6.3V 0.15A”），电流表（内阻较 小），电压表（内阻很大），滑动变阻器，开关和导线。 实验原理 （1）测量伏安特性曲线 电学元件的电流和电压之间关系曲线称为伏安特性曲线，不同电学元件 的伏安特性曲线不同。电阻的伏安特性曲线一一线性，小灯泡的伏安特性曲 线一一非线性，二极管（正向和反向）的伏安特性曲线一一非线性。 I = !L 丄=!_ 根据部分电路欧姆定律， 尺可得〃 R ,即在u-i坐标系中，图 线的斜率等于电阻的倒数。但由于小灯泡的电阻会随温度的改变而变化，小 灯泡在一定电流范围内其电压与电流的关系为U = K厂，K和〃是灯泡的有关 系数。 表示非线性元件的电阻有两种方法，一种叫静态电阻（或叫直流电阻）, 用心表示；另一种叫动态电阻（或叫微变电阻），用乙表示，它等于工作点 附近的电压改变量与电流改变量Z比。动态电阻可以通过伏安曲线求出，如 图1所示，图屮Q点的静态电阻RdFUq,动态电阻心为 dU d（4「） （4） rn = = = k?n? I \ ° di dx :?— U A — U X——?: (a)(b) (a) (b) 伏安法测电阻时，电流表的连接有两种方式：内接法（如图R与外接法 （如图b）。主耍取决于哪一种连接的相对误差小。两种连接方法的比较见表 2。由于小灯炮在0~3?8V内的电阻RXU SPAN〉额/I萨3?8V/0. 3A12. 7欧姆, 而安培表的内阻为0.125欧姆，伏特表内阻为3千欧，所以，此 Ji石， 电流表应采用外接法。 表2 连接方法 测凰值 绝对误差 相对误差 适用条件 内接法 兄+尺、 Rk 他 外接法 R*\尺\ 心+心 R v+ Rk 还有一种较简单的判别方法：如图所示，在连接电路吋，电压表一端不 接，作为自由端先与a点试触，再与b点试触。两次试触作比较，若发现电 压表的读数和对变化大，而电流表的读数相对变化小，就采用外接法，反之 则采用内接法。 (2 电路图如此 为了消除电表接入误差，如果已知电压表和电流表的内阻分别为心 和 ra ,则可以釆用下列公式对被测电阻进行修正。 当电流表内接时： Rx =罟-Ra ； 当电流表外接时： 1 _ 1 1 R~U R、, ° 对非线性关系的线性化处理：将u = K厂两边取对数得 可化为 LnU = LnKJn = LnK + nLnl， L nl=-LnU-