基于 DIS系统探究小灯泡不同规格对伏安特性曲线的影响

李小念 庞礼军 *

贵州师范大学 物理与电子科学学院 贵州 贵阳 550025

摘要：描绘小灯泡的伏安特性曲线是高中物理教学中的重要实验之一，影响实验的因素有很多。利用DIS系统来进行实验探究不同灯泡规格对伏安特性曲线实验的影响因素，为提高教学效果、培养学生严谨认真的科学态度提出笔者的一些教学建议。

关键词：小灯泡；伏安特性曲线；DIS系统

引言

“描绘小灯泡伏安特性曲线”是一个重要的探究性实验，学生通过实验操作、数据采集、伏安特性曲线描绘，发现小灯泡的非线性特征，并分析其主要原因^[1]。具体操作是测出流过小灯泡两端的电压和电流，测量出多组数值后，描绘出小灯泡的伏安特性曲线，再根据曲线分析产生现象的原因，小灯泡的伏安特性曲线的形状将影响实验教学效果。所以灯泡的规格不同，产生的伏安特性曲线也会不同，因此将利用DIS系统探究教学时，选择哪种灯泡规格更能达到实验目的、提高教学效果、提升教学效率，值得探究。

1问题提出

小灯泡中间有钨丝，钨丝属于金属，而金属导体的电阻率随温度的升高而增大，导致金属导体的电阻随温度的升高而增大。因此当小灯泡使用时间过长，其电阻会增大。在“小灯泡的伏安特性曲线”实验中，不同的电路连接方式、仪器的选择都将影响到小灯泡的U—I图像曲线的形状。现实中有不同规格的灯泡，可猜测是否灯泡规格的选择也会影响实验。基于此，笔者利用DIS系统，选择适当的器材和电路连接法来进行实验探究。

2实验探究

基于前人研究结果，笔者选择分压式接法接入电路（如图1所示），选用3种规格的灯泡，测量多组电压U和对应的电流I后，以电压U为纵坐标，电流I为横坐标作图，来作对照探究。用到的器材主要有：小灯泡一盏、学生电源一个、滑动变阻器一个、电压传感器、电流传感器、开关一个、导线若干、计算机一台等。

2.1实验步骤

⑴按照设计的电路图连接电路（将DIS系统接入电路），并将滑动变阻器的滑片一端移至最大阻值的一端。

⑵打开DIS系统，选择“专用软件”，闭合开关s，点击“开始记录”、“传感器调零”，将滑片逐渐向另外一端移动，在计算机上观察电流表和电压表的示数，在电压、电流示数稳定后，点击“记录”数据。

⑶依次滑动电阻器，取得多组数据，点击“停止记录”，断开开关，注意：电压表示数不能超过小灯泡额定电压。

⑷之后点击“数据计算”、待数据计算完成后，点击“绘图”，即可得到以电压U为纵坐标、以电流I为横坐标的小灯泡的伏安特性曲线U-I图像。

⑸根据实验方案，更换小灯泡规格、电路连接方式，重复以上步骤。

⑹拆除电路，整理桌面，将器材整齐地放回原位。

2.2实验数据处理与分析

如
图2∽4是采用3种不同规格的小灯泡进行实验的图像。

图1 分压式电路图 图2 2.5V灯泡的U-I曲线

图 3 3.8V灯泡的U-I曲线 图 4 6V灯泡的U-I曲线

通过图2∽4的图像对比，可以看到图2的2.5V的小灯泡的伏安特性曲线在电流0-0.12A时，成一条直线，此后逐渐弯曲向上。图3的3.8V的小灯泡的伏安特性曲线在电流0-0.11A时，成一条直线，此后逐渐弯曲向上。图4的6V的小灯泡的伏安特性曲线在电流0-0.11A时，成一条直线，此后逐渐弯曲向上。对比发现，图2中，2.5V灯泡的纵坐标电压U在同一条件下，U值接近为3V，横坐标电流I在0-0.15之间的曲线起伏幅度很小，不易观察。图3中3.8V灯泡的U值在4-6之间，横坐标电流I在0-0.15之间的曲线起伏幅度较大，容易观察。图4中6V灯泡的纵坐标电压情况与3.8V相似，但是横坐标电流I在0-0.15之间的曲线起伏幅度较小，不易观察。综上，在学生电源4-6V的电压下，笔者认为选择使用3.8V的小灯泡来做实验能确保有更好的教学效果。

3结论

　灯泡规格对实验效果的影响虽然不大，但综合考虑电源电压、器材量程、实验所得曲线的差异下，选用3.8V的灯泡来做实验会达到更佳的实验效果。

参考文献

1. 把握原理 培养能力 提高素养 ——“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验复习的探讨[J]. 王高.物理之友.

*通讯作者：庞礼军（1973-），男，贵州贵阳人，教授，研究方向：原子与分子物理；课程与教学论；学科教学（物理）。

作者简介：李小念（1997-），女，贵州瓮安人，研究生。