伏安法测小灯泡的伏安特性曲线

伏安法测小灯泡的伏安特性曲线

尚伦华张俊杰

尚伦华张俊杰贵州师范大学物理与电子科学学院550001

摘要：中学阶段我们接触到了几种测小灯泡伏安特性曲线的方法，其中最常用的有内接限流法、内接分压法、外接限流法、外接分压法等。而这几种方法在理论上和实验环境上都有所不同，这就导致了对同一个小灯泡进行伏安特性曲线测量时，实验结果会存在一定的差异,随之得出小灯泡的伏安特性曲线也会有所不同。

关键词：内接限流法内接分压法外接限流法外接分压法伏安特性曲线

高中阶段对小灯泡的伏安特性曲线的测定最常用的是伏安法，因为伏安法测小灯泡的伏安特性曲线的的理论基础是欧姆定律。欧姆定律是高中物理电学部分的重点之一，熟练掌握利用欧姆定律作为理论指导来测量小灯泡的伏安特性曲线，对学生灵活运用欧姆定律有很大的帮助。我们知道利用伏安法来测小灯泡的伏安特性曲线是非常简单的，但是熟练掌握伏安法测小灯泡伏安特性曲线的同学就会知道，基于伏安法测电阻的基础上，用不同的实验电路测出的小灯泡的伏安特性也会有一定的差异。

一、基于伏安法下的四种实验电路概述

在伏安法测小灯泡的伏安特性曲线实验中，电压表和电流的连接接法分为电流表内接法和电流外接法。滑动变阻器的连接方式存在限流式和分压式两种接法。我都知道内接法可较准确地测得流经小灯泡的电流，不可测得小灯泡两端的准确电压；外接法可较准确测得小灯泡两端电压，不能较准确地测得流经小灯泡的电流；限流式接法，在滑动变阻器的可调范围内调节小灯泡两端的电压和流经小灯泡的电流时电流电压的变化范围比较小；分压式接法可以通过调节滑动变阻器使得小灯泡两端电压能从零开始变化，但流经滑动变阻器的电流较大，滑动变阻器消耗的功率会较大，所以该接法只可在滑动变阻器的额定电流或功率下使用。

二、四种电路连接情况的综合实验处理和分析

结合上述四种电路的接法，我们分别采用了外接分压法、外接限流法、内接分压法、内接限流法来对小灯泡的伏安特性曲线做了相应的实验，得出实验数据并画出了如下的四种方法测小灯泡的伏安特性曲线图。

通过观察外接分压测得的小灯泡的伏安特性曲线，我们可以清楚地看到在四种方法中，采用外接分压法测得的小灯泡的伏安特性曲线的拐点处的电流电压的值最小。我们通过观察利用外接限流法测得的小灯泡的伏安特性曲线时，我们可以看出它的拐点是运用四种方法测得的小灯泡的伏安特性曲线中拐点最明显的一条。利用内接分压法测小灯泡的伏安特性曲线的实验时我们可以准确地测得流经小灯泡电流，且可以通过控制滑动变阻器来在较大范围内调节小灯泡两端的电压。该方法测得的小灯泡的伏安特性曲线的拐点以前的斜率与其他三种方法测得的伏安特性曲线拐点以前的斜率要大。内接分压法测得的小灯泡的伏安特性曲线的拐点是四种方法测小灯泡的伏安特性曲线的拐点相对不太明显，且拐点处的电流电压值较大的一条曲线。

三、总结与分析

四种方法测得的小灯泡的伏安特性曲线都不是直线并且都有一个较为明显的拐点，而且电压大于拐点处曲线的斜率比电压小于拐点处的斜率。根据欧姆定律可知曲线上某点的斜率的倒数为小灯泡的电阻。学习高中电学部分我们都知道，金属电阻的阻值会随着自身温度的升高而升高并且温度越高，其电阻阻值增加就越快。在实验时我们观察到每当流经小灯泡的电流电压升到拐点处时小灯泡灯丝才开始发光。在电流电压未达到拐点处电流电压时，小灯泡不会因为发光而产生大量的热，所以小灯泡的温度较低，低温度对小灯泡的电阻不会造成太大的影响，故小灯泡电阻的变化率较小，导致拐点左边的曲线斜率比拐点右边的大。

1.我们对内接限流和内接分压或外接限流和外接分压测得的伏安特性曲线做一个分析。在同一电压下分压电路的作用使得流经小灯泡的电流比限流式接法时流经小灯泡的电流大，造成分压接法时小灯泡的发热功率较大。故得出分压式接法测出的小灯泡的伏安特性曲线的拐点在限流式情况下的上面。

2.对内接限流法和外接限流法或外接分压法和内接分压法测小灯泡的伏安特性曲线分析得出，小灯泡的伏安特性曲线随着电压的增加哪种方法得出的伏安特性曲线先出现拐点的条件取决于电流表与电压表的接法。采用外接法来测小灯泡的伏安特性曲线时特性曲线随着电压的增加先出现拐点。这是因为外接法情况下由于电压表内阻比小灯泡的电阻和电流表的内阻要大的多，所以电压表分得的电流在基本可以忽略不计，而小灯泡的内阻比较小。与电流表相比，电流表的内阻不可忽略，所以要使小灯泡两端的电压达到发光时所需的电压值，由于电流表的分压作用，导致内接法测小灯泡时小灯泡开始发光时所需的电压要比用外接法时的大，所以小灯泡的伏安特性曲线随着电压的增加利用外接法电路时小灯泡的伏安特性曲线先达到拐点。

3.由于实验中我们使用的小灯泡的阻值相对较小，而滑动变阻器的最大阻值相对小灯泡电阻相差较大，所以在电路的设计中应选择利用限流式。又因为小灯泡的阻值与电流表的内阻相差较小且电压表的阻值相对小灯泡的电阻相差较大，故在选择电流表和电压表的接法时应选择使用外接法。所以本实验中利用外接限流法测得的小灯泡的伏安特性曲线较为准确。

参考文献

[1]湖南省永州市第二中学欧阳龙庭电阻的测量方法归类赏析.中学生数理化学研究版，2011年，第一期。

[2]江苏省射阳县高级中学物理组徐汉顺伏安法测电阻的电路的选择与应用.考试周刊，2012年，第三期。

[3]如东县教育局教研室孙其成伏安法测电阻实验电路的设计方法.物理教师，第33期，2012年。

[4]江苏靖江市斜桥中学刘亮伏安法测电阻应注意的问题。

[5]咏春第一中学王文俊电学实验设计问题——伏安法测电阻及其情景变式。