大学物理实验课件 实验4.6 测量线性电阻的伏安特性
实验四__电阻元件伏安特性的测定
实验四电阻元件伏安特性的测定【实验简介】电阻是电学中常用的物理量。
利用欧姆定律测导体电阻的方法称为“伏安法”。
为了研究材料的导电性，通常作出其伏安特性曲线，了解它的电压和电阻的关系。
伏安特性曲线是直线的元件称为“线性元件”，伏安特性曲线不是直线的元件称为“非线性元件”。
这两种元件的电阻都可以用伏安法测量。
但是，由于测量时电表被引入测量电路，电表内阻必然会影响测量结果，因而应考虑对测量结果进行必要的修正，以减小系统误差。
【实验目的】1、了解电学实验常用仪器的规格、性能，学习它们的使用方法。
2、学习电学实验的基本操作规程和连接电路的一般方法。
3、掌握电阻元件伏安特性的测量方法，用伏安法测电阻。
4、了解系统误差的修正方法，学会作图法处理实验数据。
【实验仪器和用具】直流稳压电源，直流电压表，直流电流表，滑线变阻器，电阻元件盒（一个百欧，一约千欧，一个二极管），导线10根。
【实验原理】1、伏安特性曲线实验中常用的线绕电阻、碳膜电阻和金属膜电阻等，它们都具有以下共同特性，即加在该电阻上的电压与通过其上的电流总是成正比例的变化(忽略电流热效应对阻值的影响)。
若以纵坐标表示电流，横坐标表示电压，电流与电压的关系如图4-2（a）所示。
具有这种特性的电阻元件成为“线性电阻元件”。
2、非线性电阻如果电阻电阻元件两端的电流、电压关系为曲线，则这类电阻元件称为“非线性电阻元件”（如热敏电阻、二极管等）。
这种元件的特点是电阻随加在它两端的电压改变而改变如图4-2（b）所示。
一般均用伏安特性曲线来反映非线性电阻元件的特性。
3、伏安法测电阻欧姆定律告诉我们，通过一段电路的电流，与这段电路两端的电压成正比，与这段电路图4-2（a）线性电阻的伏安特性曲线图4-2（b）二极管的伏安特性曲线的电阻成反比，即U I R =。
由此可求得电阻U R I=（4-1） 这是伏安法测电阻所根据的基本原理。
（1）电流表内接法如图4-3所示，电流表内接法。
实验1线性和非线性元件伏安特性测定
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验13.异步电动机继电控制的基本电路
2.实验内容和步骤 3.接线图
2． 实验内容和步骤
3.接线图
1.实验原理
测量电容两端电压随时间变化的曲线 （P.22图6-4取消，电路中的电阻用电阻箱）
用示波器只能测电压，不能测电流。
用示波器测量电流曲线的方法：从电阻 上测电压，再换算成电流。
实验7.研究LC元件在直流电路和交流电 路中的特性
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
线性电感元件上的电压、电流关系为 线性电容元件上的电压和电流关系为
解放电过程的微分方程
U c(t)
U e (t t0)/ 0
观测方法：用函数信号发生器输入连续 的方波（包括正负阶跃），通过示波器 观测波形，测量时间常数
实验内容：四个电路，每个电路两组参 数，在坐标纸上绘制8张输出波形图；用 示波器测量第一个电路第一组参数的时 间常数（从充电曲线和放电曲线中任选 一条曲线测量）
（a）含源一端口网络
（b）用戴维南定理等效替代 图3-1等效电源定理
（c）用诺顿定理等效替代
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验4.电压源与电流源的等效变换
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以给外电路提供电 流。电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流 源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大 小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的，而与 其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定， 而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4-1所 示。
实验 电阻伏安特性及电源外特性的测量
(8) 稳压电源串联电阻构成的电压源, 它的输出电压与输出 电流之间有什么关系？能否写出其伏安特性公式？
(9) 选取表3-19-6中的任一组实验结果,按式(3-19-2)计算出 Rs、Gs，并和实验参数进行比较。
附注一 二极管伏安特性曲线的研究
一、 实验目的
通过对二极管伏安特性的测试 , 掌握锗二极管和硅二极管
图 3 - 19 - 4 线性电阻元件的实验线路
（2）调节稳压电源输出电压旋钮，使电压Us分别为0V、
1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V，并测量对应的 电流值和负载R L两端电压U，数据记入表1。然后断开电源，稳 压电源输出电压旋钮置于零位。 表3 - 19 - 1 线性电阻元件实验数据表
管会被击穿。因此，在二极管使用时应竭力避免出现击穿现象。
二极管的击穿现象很容易造成二极管的永久性损坏。因此， 在 做二极管反向特性实验时,应串入限流电阻,以防因反向电流过大 而损坏二极管。
系数为4.8×10-3Ω /℃,为正温度系数。灯泡两端施加电压后 , 钨丝上就有电流流过,产生功耗, 灯丝温度上升, 致使灯泡电 阻增加。灯泡不加电时的电阻称为冷态电阻， 施加额定电压 时测得的电阻称为热态电阻。由于钨丝点亮时温度很高, 当超
过额定电压时 , 钨丝会烧断 , 所以使用时不能超过额定电压。
六、 分析和讨论 (1) 比较47Ω 电阻和白炽灯的伏安特性曲线, 可得出什么
结论？
(2) 试通过钨丝灯泡的伏安特性曲线解释为什么在开灯的
时候灯泡容易烧坏？
(3) 在电子振荡器电路中, 经常利用正温度系数的灯泡作 为振荡电路电压稳定的自动调节元件 , 参考图 3-19-10 所示电 路, 试通过钨丝灯的伏安特性说明该振荡电路稳幅原理。
线性电阻(欧姆定律)伏安特性实训
I
V
0
7.实验结论：回答下列问题并写出实验结论
a)原点值是？
b)欧姆定律变化曲线是线性的吗？电压变大电流也会怎么样？
c)欧姆定律说明电阻的阻值会随着电压值和电流值的变化而变化吗？
8.保存并按规则重命名此实训文件并提交到FTP学生提交作业文件夹中
3.按实验文件里的电路图绘制仿真电路
4.在仿真状态下动态改变R2阻值（从0％至100％），并记录电流表、电压表数据在如下的实验表格中
实验数据
R2阻值（％）
电流表（A）
电压表（V）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5.将记录了试验数据的表格保存好，重命名为两位数学号+姓名的文件
6.根据已经填好的数据表格，在作业纸上画出欧姆定律曲线图。横轴为电压值，纵轴为电流值。数据处理后的曲线图可以参考下图，画完的同学举手示意教师来检查实验结果并打分。
实验项目：线性电阻伏安特性测试即ຫໍສະໝຸດ 姆定律伏安特性实训实验目的：
1、理解线性电阻伏安特性
2、掌握线性电阻伏安特性测试方法
3、熟悉Multisim12.0仿真软件
实验工具：Multisim12.0仿真软件
实验电路：
实验步骤
1.打开Mutisim12.0软件
2.下载教师存放在FTP教师文件夹的实验文件到桌面上
《线性和非线性电阻的伏安特性测量》实验报告,2023
《基础物理实验》实验报告实验：线性和非线性电阻的伏安特性的测量姓名：学号：班级：成绩：合作者：指导教师：日期：2022 年____月____日【注意事项】（在开始实验操作前请仔细阅读以下说明）1．测量时，可调稳压电源的输出电压由0 V缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表的读数，切勿超过规定值。
2．稳压电源输出端切勿碰线短路。
3．测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程。
【预习题】1. 下图分别为纯电阻、白炽灯泡、普通二极管、稳压二极管的伏安特性曲线，请根据伏安特性曲线分析各种电阻有什么特点？答：纯电阻：纯电阻的伏安特性是一条直线，电压与电流成线性关系，电阻数值恒定，为线性电阻。
白炽灯泡：白炽灯泡的伏安特性是关于原点对称的曲线，其斜率由小变大，说明其电阻值由小变到大，白炽灯泡为非线性电阻。
普通二极管：二极管加反向电压时，流过二极管的电流很小，几乎为0，说明电阻非常大，趋于断路；当二极管加正向电压时，刚开始电流变化较小，但电压大于一定值时，电流会随电压的缓慢升高而急剧增大，说明电阻急剧变小，二极管为非线性电阻。
稳压二极管：稳压二极管的正向特性与普通二极管的正向特性相似。
加反向电压时，在某范围内的电压，电流较小；一旦超出一定电压，电流就会突然增加，而稳压二极管上的电压几乎恒定不变。
说明电阻刚开始非常大，随着电压增大，一旦达到一定值时，电阻急剧减小，稳压管为非线性电阻。
2. 电流表内接方式和电流表外接方式分别适用于什么情况？答：电流表内接方式适用于待测电阻值远大于电流表的内阻。
电流表外接方式适用于待测电阻值远小于伏特表的内阻。
【实验目的】1．学习由测量电压、电流求电阻值的方法（伏安法）。
2．通过对二极管伏安特性的测量，了解非线性电学元件的导电特性。
3．学习减少伏安法中系统误差的方法。
【实验仪器】【实验内容与步骤】1．测定线性电阻的伏安特性（1）确定采用外接（内接、外接）法测伏安特性，并按图接线。
大学物理实验课件 实验4.6 测量线性电阻的伏安特性
实验4.6 测量线性电阻的伏安特性物理系：张师平北京科技大学物理系张师平引言•伏安法测电阻是电阻测量的基本方法之一。
当一个原件两端加上电压时，元件内有电流通过时，电压和电流之间存在着一定的关系。
通过此元件的电流随外加电压的变化曲线，称为伏安特性曲线。
从伏安特性曲线所遵循的规律，可以得知该元件的导电特性。
北京科技大学物理系张师平实验目的1.了解电学基本仪器的性能和使用方法。
2.掌握用伏安法测电阻的方法。
3.学习指针式电表的精度表示方法。
4.掌握物理实验中的误差分析方法。
北京科技大学物理系张师平实验仪器1.伏特计（0-1.50-3.00-7.50V）0.5级，额定电流1mA2.毫安计（0-25.0-50.0-100.0mA）0.5级，额定电压26～30mV3.滑线电阻50Ω，1A4.稳压电源JWY-30B型，0～30V，1.0A或0.5A5.待测线性电阻北京科技大学物理系张师平认识电表——伏特计1.5V3.0V7.5V北京科技大学物理系张师平北京科技大学物理系张师平伏特计的使用电压表的内阻＝选用量程/额定电流电压表的不确定度＝V m ×f%表示该电表须水平放置使用前，调零；读数时，要使眼睛看见的指针以及镜面中指针的像重合再读刻度数。
电压值＝读取的刻度数×满量程电压/150（V ）认识电表——毫安计100.0mA50.0mA25.0mA北京科技大学物理系张师平北京科技大学物理系张师平毫安计的使用电流表内阻＝额定电压30mV/满量程电流电流表的不确定度＝I m ×f%表示该电表须水平放置使用前，调零；读数时，要使眼睛看见的指针以及镜面中指针的像重合再读刻度数。
电流值＝所读刻度数×满量程电流/100（mA ）北京科技大学物理系张师平实验原理——分压法与限流法分压电路限流电路实验内容1.确定电路（采用分压电路还是限流电路？）2.将稳压电源输出设定为9.0V3.待测电阻约为150Ω，注意电流表的量程选择。
大学物理实验-电阻元件伏安特性的测量
实验报告实验报告专业***** 班级******** 姓名**** 学号******实验课程电阻元件特性的研究指导教师实验日期2017.6.8同实验者实验项目测试线性和非线性元件的 V-A特性实验设备及器材1． 0~20V可调直流稳压电源（带限流保护）。
2．量程可变标准数字电流表（200µA、2mA、20mA、200mA四档，三位半数字显示，精度0.5%）；三位半数显直流电压表（可变量程2V、20V，精度0.5%）。
3．被测元件（金属膜电阻、二极管、稳压管、12V小灯泡）及8根连线。
一、实验目的测试线性和非线性元件的V-A特性。
1．金属膜电阻的V-A特性。
2．二极管的正向和反向V-A特性。
3．稳压管的正向和反向V-A特性。
4．小灯泡的V-A特性。
二、实验原理把直流电压加到某个电阻性元件上，随着电压V的增加，电流I也增加，电压U 和电流I的比值不一定是一个常数。
当U和I成正比，二者之比为常数时，该元件被称为线性电阻元件，而当两者的比值不是一个常数时，则这种元件被称为非线性电阻元件。
把电压U和电流I的对应关系作图，得到的曲线称为该元件的伏安特性曲线。
曲线上某点的坐标值，电压和电流两者之比是一个电阻量，这个电阻称为等效电阻或静态电阻。
这种通过测量电压和电流测出电阻量的方法称为伏安法。
测量V-A特性的电路如图1、图2所示。
图中E为可调直流稳压电源，R为限流电阻，RL为被测元件，○V为三位半数显直流电压表，○A为三位半数显直流电流表。
测量时，当电压表或电流表显示1或－1时，表示已超过量程范围，必须扩大量程。
图1称为电流表内接，图2称为电流表外接。
由于同时测量电压和电流，无论哪种电路都会产生接入误差，现分析如下：1．电流表内接由图1可知，电流表测出流经RL的电流，但电压表测出的是加在RL和电流表两者的电压之和，即由于电流表的接入产生电压的测量误差UA。
从相对接入误差UA/UD可知，若电流表内阻RA<<RL，则UA<<UD，相对接入误差很小；反之若电流表内阻较大，就会造成不小的接入误差，所以电流表的内阻越小越有利于测量。
线性与非线性元件伏安特性的测定
1线性与非线性元件伏安特性的测定一.实验目的1 •学习直读式仪表和直流稳压电源等仪器的使用方法 2•掌握线性电阻元件、非线性电阻元件的伏安特性的测试技能3•加深对线性电阻元件、非线性电阻元件伏安特性的理解•验证欧姆定律二•实验原理电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件， 有阻碍电流流动的性能。
当电流通过电阻元件 时，电阻元件将电能转换成其它形式的能量.并沿着电流流动的方向产生电压降。
电压降的大小等于电流的大小与电阻的乘积。
电压降和电流及电阻的这一关系称为欧姆定律。
U=IR上式的前提条件是电压 U 和电流I 的参考方向相关联.亦即参考方向一致。
如果参考方 向相反•则欧姆定律的形式应为U = -IR电阻上的电压和流过它的电流是同时并存的. 也就是说，任何时刻电阻两端的电压降只由该时刻流过电阻的电流所确定， 与该时刻前的电流的大小无关， 因此，电阻元件又被称为“无记忆”元件。
当电阻元件R 的值不随电压或电流大小的变化而改变时，则电阻 R 两端的电压与流过它的电流成正比例。
我们把符合这种条件的元件称为线性电阻元件。
反之.不符合上述条件的电阻元件被叫做非线性电阻元件。
电阻元件的特性除了用电压和电流的方程式表示外， 还可以用其电流和电压的关系图形来表示，该图形称为此元件的伏安特性曲线。
线性电阻的伏安特性曲线为一条通过坐标原点的直线，该直线的斜率即为电阻值，它是一个常数。
如图1-1所示。
半导体二极管是一种非线性电阻元件。
它的电阻值随着流过它的电流的大小而变化。
半导体二极管的电路符号用 本表示.其伏安特性如图 1-2所示。
由此可见半导体二极管的伏 安特性为非对称曲线。
对比图1-1和图1-2可以发现，线性电阻的伏安特性对称于坐标原点。
这种性质称为双 向性，为所有线性电阻元件所具备。
半导体二极管的伏安特性不但是非线性的.而且对于坐标原点来说是非对称性的，又称非双向性。
这种性质为多数非线性电阻元件所具备。
半导体二极管的电阻随着其端电压的大小和极性的不同而不同， 当外加电压的极性和二极管的极性 相同时，其电阻值很小，反之二极管的电阻很大。
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实验4.6 测量线性电阻的伏安特性
物理系：张师平
北京科技大学物理系张师平
引言
•伏安法测电阻是电阻测量的基本方法之一。
当一个原件两端加上电压时，元件内有电流通过时，电压和电流之间存在着一定的关系。
通过此元件的电流随外加电压的变化曲线，称为伏安特性曲线。
从伏安特性曲线所遵循的规律，可以得知该元件的导电特性。
北京科技大学物理系张师平
实验目的
1.了解电学基本仪器的性能和使用方法。
2.掌握用伏安法测电阻的方法。
3.学习指针式电表的精度表示方法。
4.掌握物理实验中的误差分析方法。
北京科技大学物理系张师平
实验仪器
1.伏特计（0-1.50-3.00-7.50V）0.5级，额定电流
1mA
2.毫安计（0-25.0-50.0-100.0mA）0.5级，额定电
压26～30mV
3.滑线电阻50Ω，1A
4.稳压电源JWY-30B型，0～30V，1.0A或0.5A
5.待测线性电阻
北京科技大学物理系张师平
认识电表——伏特计
1.5V3.0V7.5V
北京科技大学物理系张师平
北京科技大学物理系张师平
伏特计的使用
电压表的内阻＝选用量程/额定电流电压表的不确定度＝V m ×f%表示该电表须水平放置
使用前，调零；读数时，要使眼睛看见的指针以及镜面中指针的像重合再读刻度数。
电压值＝读取的刻度数×满量程电压/150（V ）
认识电表——毫安计
100.0mA50.0mA25.0mA
北京科技大学物理系张师平
北京科技大学物理系张师平
毫安计的使用
电流表内阻＝额定电压30mV/满量程电流
电流表的不确定度＝I m ×f%表示该电表须水平放置使用前，调零；读数时，要使眼睛看见的指针以及镜面中指针的像重合再读刻度数。
电流值＝所读刻度数×满量程电流/100（mA ）
北京科技大学
物理系张师平
实验原理——分压法与限流法
分压电路限流电路
实验内容
1.确定电路（采用分压电路还是限流电路？）
2.将稳压电源输出设定为9.0V
3.待测电阻约为150Ω，注意电流表的量程选择。
4.调节电路，将伏特计显示电压分别调整为7.00V、
5.00V和2.50V，并在同一个电压下分别采用内接
法和外接法进行测量。
将实验结果填入数据表格中。
北京科技大学物理系张师平
实验分析
1.实验中的电阻的伏安特性曲线有什么特点。
2.在本实验条件下，选用内接法和外接法哪种测量
方法引入的系统误差较小。
3.用误差分析的方法分析使用电表进行测量时一般
应使指针偏转到量程的2/3以上的原因。
结论
北京科技大学物理系张师平。