劉家碩

初中時(shí)在學(xué)習(xí)用伏安法測(cè)量小燈泡的電阻時(shí)，了解到小燈泡的電阻隨著兩端電壓的降低，即燈絲溫度的降低，逐漸減小.高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”，進(jìn)一步明確了小燈泡的伏安特性曲線不是一條直線，小燈泡屬于非線性元件，其電阻是隨著小燈泡兩端電壓的變化（即燈絲溫度的變化）而變化的.既然小燈泡通電之后會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)因而無法測(cè)量環(huán)境溫度下的電阻，那么如何獲得室溫下小燈泡的電阻值呢？

周進(jìn)等人利用低電流下的燈絲電阻與電流關(guān)系，線性外推到零電流的情況下獲得室溫下小燈泡的電阻值.但實(shí)際上，兩者的線性關(guān)系并不理想，線性外推比較牽強(qiáng)，容易產(chǎn)生較大誤差.實(shí)際的數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn)，低電流下的燈絲電阻與電功率的線性關(guān)系很好，很適合進(jìn)行外推處理，從而獲得室溫下的燈絲電阻.

1實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，直流穩(wěn)壓電源的輸電壓取1.0 V，所選燈泡L額定參數(shù)為12 V、0.11 A，標(biāo)準(zhǔn)電阻R0為20.0 Ω.

改變不同的R1（滑動(dòng)變阻器）值，測(cè)出幾組不同的燈絲電壓U和標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓U0的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理見表1.

2室溫下小燈泡燈絲電阻的討論

2.1電流（電壓）外推法的討論

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，做低電流下的燈絲電阻與電流關(guān)系曲[HJ2.2mm]線，如圖2所示.同樣的，也可以做低電壓下的燈絲電阻與電壓關(guān)系曲線，如圖3所示.

可見，燈絲電阻與電流、電壓呈現(xiàn)明顯的非線性，并沒有表現(xiàn)出類似文獻(xiàn)1的線性區(qū)域，如果繼續(xù)減小電流（電壓）的測(cè)量，受測(cè)量?jī)x器精度限制，數(shù)值誤差將增大.

因此，利用電流（或電壓）外推方法確定室溫下燈絲電阻，數(shù)據(jù)并不可靠.

2.2功率外推法的應(yīng)用

考慮到小燈泡的熱效應(yīng)直接與其電功率相對(duì)應(yīng)，用功率外推法獲得室溫下的電阻應(yīng)該更為合理.

做低電流下的燈絲電阻與其電功率的關(guān)系曲線，如圖4所示.這是一個(gè)很理想的線性關(guān)系，通過外推獲得室溫下（零功率）燈絲電阻就很自然了.

3結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了小燈泡燈絲電阻與燈絲電流（電壓）即使在低電流情況下也并不呈現(xiàn)線性關(guān)系，因此不能通過燈絲電阻與燈絲電流（電壓）的關(guān)系曲線外推室溫下小燈泡燈絲的電阻.然而小燈泡燈絲電阻與燈絲電功率在低電流情況下呈現(xiàn)理想的線性關(guān)系，因此通過燈絲電阻與燈絲電功率的關(guān)系曲線，外推室溫下小燈泡燈絲電阻是可靠的.