伏安特性曲線圖常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U，以此畫出的I-U圖像叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線圖。伏安特性曲線是針對(duì)導(dǎo)體的，也就是耗電元件，圖像常被用來研究導(dǎo)體電阻的變化規(guī)律，是物理學(xué)常用的圖像法之一。

用實(shí)驗(yàn)研究負(fù)載兩端電壓跟通過負(fù)載的電流大小關(guān)系是初高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容，通過多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生可以得到蘊(yùn)含豐富物理內(nèi)涵的U—I圖像或者I—U圖像(伏安特性曲線)。實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示，圖1中有兩種電流表的接法。對(duì)電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，繪制相應(yīng)的曲線，如圖2所示。分別將曲線特點(diǎn)歸納如下：(1)導(dǎo)體A的U-I圖像圖像特點(diǎn)：過原點(diǎn)，線性單調(diào)遞增;物理意義表示：電路中的電阻R兩端的電壓隨流過的電流I的變化關(guān)系;隱含物理量：圖像的斜率等于定值電阻A的阻值。(2)導(dǎo)體A的伏安特性曲線

圖2圖像特點(diǎn)：過原點(diǎn)，線性單調(diào)遞增(是a的反函數(shù));物理意義表示：電路中的電阻R的電流I隨著R兩端電壓U的變化關(guān)系;隱含物理量：圖像斜率的倒數(shù)等于定值電阻A的阻值。(3)路端電壓與總電流關(guān)系圖像圖像特點(diǎn)：縱截距大于0，線性單調(diào)遞減;物理意義表示：電路中路端電壓隨總電流的變化關(guān)系;隱含物理量：①圖像的縱截距為電源電動(dòng)勢(shì)E;②圖像的橫截距表示負(fù)載短路時(shí)的短路電流I;③圖像斜率的絕對(duì)值為電源內(nèi)阻r方法:

圖3  

研究小燈泡伏安特性實(shí)驗(yàn)

【目的和要求】

通過實(shí)驗(yàn)繪制小燈泡的伏安曲線，認(rèn)識(shí)小燈泡的電阻和電功率與外加電壓的關(guān)系。

【儀器和器材】

學(xué)生電源(J1202型或J1202-1型)，直流電壓表(J0408型或J0408-1型)，直流電流表(J0407型或J0407-1型)，滑動(dòng)變阻器(J2354-1型)，小燈泡(6.3伏、0.3安或6伏、3瓦)，小燈座(J2351型)，單刀開關(guān)(J2352型)，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)方法伏安法1.連接電路，開始時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)置于最小分壓端，使燈泡上的電壓為零。2.接通開關(guān)，移動(dòng)滑片C，使小燈泡兩端的電壓由零開始增大，記錄電壓表和電流表的示數(shù)。3.在坐標(biāo)紙上，以電壓U為橫坐標(biāo)，電流強(qiáng)度I為縱坐標(biāo)，利用數(shù)據(jù)，作出小燈泡的伏安特性曲線。4.由R=U/I計(jì)算小燈泡的電阻，將結(jié)果填入表中。以電阻R為縱坐標(biāo)，電壓U為橫坐標(biāo)，作出小燈泡的電阻隨電壓變化的曲線。5.由P=IU計(jì)算小燈泡的電功率，將結(jié)果填入表中。以電功率P為縱坐標(biāo)，電壓U為橫坐標(biāo)，作出小燈泡電功率隨電壓變化的曲線。6，分析以上曲線。實(shí)驗(yàn)原理由于小燈泡鎢絲的電阻隨溫度而變化，因此可利用它的這種特性進(jìn)行伏安特性研究。實(shí)驗(yàn)中小燈泡的電阻等于燈泡兩端的電壓與通過燈泡電流的比值。改變小燈泡兩端的電壓，測(cè)出相應(yīng)的電流值，可以得到小燈泡的電阻、電功率與外加電壓的關(guān)系。

注意事項(xiàng)：1.由于小燈泡電阻為幾歐-幾十歐，測(cè)小燈泡的電阻宜用電流表外接法。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)需要小燈泡兩端的電壓變化范圍大，特別是需要測(cè)得在低電壓下小燈泡的電流值，故應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器分壓接法。2.小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，而小燈泡在電壓較低時(shí)，溫度隨電壓的變化比較明顯。因此在低電壓(小于燈泡的額定電壓)區(qū)域內(nèi)，電壓、電流數(shù)值應(yīng)多取幾組。3.小燈泡可以短時(shí)間地在高于額定電壓下使用，一般可以超過額定電壓的10%-20%，所以加在燈泡兩端的電壓不能過高，以免燒毀燈泡。實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使燈泡兩端電壓由低向高逐漸增大，決不要一開始就使小燈泡在高于額定電壓下工作。因?yàn)闊艚z電阻隨溫度的升高而加大，如果燈絲由低溫狀態(tài)，直接超過額定電壓使用，會(huì)由于燈絲冷電阻過小，瞬間電流過大而燒壞燈泡。4. 所用的滑動(dòng)變阻器的量程范圍，變阻器電阻越大則每次測(cè)量的改變?cè)酱?，若想得到精確的圖像或所測(cè)小燈泡電阻過小則建議使用較小的變阻器，可以更精確的測(cè)量。結(jié)論燈泡能發(fā)光，是因?yàn)樵跓艚z兩端加上了一定的電壓，在燈絲中有電流通過，從而使燈絲溫度升高而發(fā)光的緣故，所以燈絲的電阻與通過它的電流有關(guān)。通過導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓之間的關(guān)系可以用圖線來表示，稱為導(dǎo)體的伏安特性曲線.如果導(dǎo)體的溫度不變、其電阻也不變，這條曲線就是直線。當(dāng)導(dǎo)體被通過它的電流加熱時(shí)，這條曲線將稍向下彎曲，說明當(dāng)加大導(dǎo)體兩端的電壓時(shí)，由于其電阻增大，通過它的電流并不是呈線性增大，如圖3所示。還有一些導(dǎo)體(如碳絲)，其電阻隨溫度的增加而減小，這時(shí)它的電阻溫度系數(shù)為負(fù)值，伏安特性曲線將向上彎曲