非线性伏安特性曲线的研究.doc

专业资料参考首选实验 5-9 非线性电阻伏安特性的研究与经验公式的建立实验讲义单位:物理实验中心教师姓名: 王殿生 1 实验 5-9 非线性电阻伏安特性的研究与经验公式的建立(一)教学基本要求 1. 了解分压线路、限流线路以及电表刻度盘上的各种符号。 2. 了解非线性电阻元件的伏安特性。 3. 掌握探索物理规律、建立经验公式的实验思想和实验方法。 4. 学会测量未知物理量之间的关系曲线。 5. 掌握作图的基本规则,学会用半对数坐标纸作图并学会求斜率和截距。 6. 掌握用变量代换法把曲线改直进行线性拟合或通过计算机软件作图用最小二乘法进行曲线拟合。 7. 学会通过合理选择接线方式减小电表接入系统误差的方法。 8. 学会判断二极管极性的方法。(二)讲课提纲 1 .实验简介电阻元件的伏安特性曲线(电压~电流曲线)呈直线型的,称为线性电阻;呈曲线型的,称为非线性电阻。常见的典型非线性电阻元件有点亮的白炽灯泡中的钨丝、热敏电阻、光敏电阻、半导体二极管和三极管等。非线性电阻的伏安特性所反映出来的规律,总是与一定的物理过程相联系的。利用电阻元件的非线性特性研制出的各种新型传感器、换能器,在温度、压力、光强等物理量的检测和自动控制方面应用非常广泛。对非线性电阻特性及规律的研究,可以加深对有关物理过程、物理规律及其应用的认识。实际中许多物理量之间的关系是非线性的关系, 为了形象地表示物理量之间的函数关系, 寻找物理规律, 常常需要测绘各种各样的特性曲线。伏安特性是电学元件最重要的电学之一。实验中选择了两种非线性电阻元件,稳压型二极管和小灯泡,测绘伏安特性曲线,建立电压和电流之间关系的经验公式。通过实验,学习探索物理量间关系、建立定量经验公式的基本方法。 2 .实验设计思想和实现方法(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――线性,小灯泡的伏安特性曲线――非线性,二极管(正向和反向)的伏安特性曲线――非线性。测量电阻元件伏安特性曲线的一般方法,在电阻元件上加不同的电压,测量相应的电流。采用电压表和电流表同时测量电压和电流的测量线路有两种接法,电流表内接和电流表外接。为了减小电表接入产生的误差,一般情况,待测对象阻值很大,采用电流表内接;待测对象阻值很小,采用电流表外接。为了消除电表接入误差,可以采用理论修正的方法。 2 因此,测量二极管正向和小灯泡伏安特性曲线时,采用电流表外接电路;测量二极管反向伏安特性曲线时,采用电流表内接电路。正向(死区电压) ,最高电压很小, 2CW 型稳压二极管一般约 1V 左右。反向,一旦达到击穿电压,继续增加电压,电流变化相当快。因此,测量时须仔细调节电压电流,不要使电流超过最大工作电流。(2 )建立经验公式通过实验方法探索物理规律,寻找两个相关物理量之间的函数关系式,建立经验公式。基本方法如下: ①实验测量相关两个物理量的变化关系数据。②用直角坐标做出物理量之间的关系曲线,并根据曲线形状选择函数关系的形式,建立数学模型。③利用数据处理的有关知识, 求解函数关系中常数, 确定经验公式。一般采用最小二乘法通过计算机进行曲线拟合,也可以通过曲线改直用作图法、最小二乘法、逐差法等数据处理方法进行计算。④用实验数据验证经验公式。(3 )伏安特性曲线函数形式二极管正向伏安特性曲线函数形式: )1 lg( ???IABU 小灯泡伏安特性曲线的函数形式: ?? 1 lg??UAI 3 .重点训练的基本方法和技能(1 )实验方法:探索物理规律的实验方法。(2 )测量方法:物理量之间关系曲线的测量方法――伏安法。(3 )数据处理方法:建立经验公式的基本方法。(4 )仪器调整使用方法:电表的正确使用和分压电路的应用。(5 )减小系统误差方法:选择合理的接线方式,减小电表接入系统误差的方法。 4 .测量与数据处理要求(1 )做实验前仔细阅读“实验指示牌”中各项内容,并且贯彻在自己的实验中。(2 )自己阅读教材 P76 ~ 81、 P86 ~ 87、 P5 ,了解电学实验的基本操作规程,认识电表,学习电表极限误差的计算方法,了解分压电路和限流电路,理解探索物理规律、建立经验公式的基本实验方法。(3) 正确选用电流表内接法或外接法连接测量电路, 合理选择电压表和电流表量程, 练习熟悉不同量程下电表的正确读数。(4 )测量二极管正向伏安特性曲线时,在电流值 1mA 以下,从 0 开始,以电压变化为基准,每隔 V 测量一个点;在电流值 1mA 以上,电压每隔 测量一个点;测量电流最大值小于最大工作电流。(5) 测量二极管反向伏安特性曲线时, 在电流值 1mA 以下,从0 开始, 以电压变化为基准, 每隔 1V 测量一个点;在电流值 1mA 以上