關于室溫下小燈泡燈絲電阻的探究お

劉家碩

初中時在學習用伏安法測量小燈泡的電阻時，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.高中電學實驗“測繪小燈泡的伏安特性曲線”，進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產生熱效應因而無法測量環境溫度下的電阻，那么如何獲得室溫下小燈泡的電阻值呢？

周進等人利用低電流下的燈絲電阻與電流關系，線性外推到零電流的情況下獲得室溫下小燈泡的電阻值.但實際上，兩者的線性關系并不理想，線性外推比較牽強，容易產生較大誤差.實際的數據處理發現，低電流下的燈絲電阻與電功率的線性關系很好，很適合進行外推處理，從而獲得室溫下的燈絲電阻.

1實驗方案

實驗電路如圖1所示，直流穩壓電源的輸電壓取1.0 V，所選燈泡L額定參數為12 V、0.11 A，標準電阻R0為20.0 Ω.

改變不同的R1（滑動變阻器）值，測出幾組不同的燈絲電壓U和標準電阻電壓U0的數據，數據處理見表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

根據表1數據，做低電流下的燈絲電阻與電流關系曲[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系曲線，如圖3所示.

可見，燈絲電阻與電流、電壓呈現明顯的非線性，并沒有表現出類似文獻1的線性區域，如果繼續減小電流（電壓）的測量，受測量儀器精度限制，數值誤差將增大.

因此，利用電流（或電壓）外推方法確定室溫下燈絲電阻，數據并不可靠.

2.2功率外推法的應用

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

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

3結論

通過實驗驗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線性關系，因此不能通過燈絲電阻與燈絲電流（電壓）的關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理想的線性關系，因此通過燈絲電阻與燈絲電功率的關系曲線，外推室溫下小燈泡燈絲電阻是可靠的.