摘要：本文通过直接对灯丝加温的方法改变其电阻阻值，借助DIS图像记录电流的方式探究灯丝电阻随温度的变化关系，现象直观明显，并针对实验中出现的一些现象分析并加以验证。
　　关键词：DIS；灯丝电阻；温度；变化
　　电阻是中学物理中的一个很重要的物理概念，在高中也有很多测量电阻的实验，伏安法测量小灯泡的电阻便是其中之一。常规的伏安法是用电压表和电流表测量出小灯泡两端的电压U和流经灯泡的电流I并记录多组数据，绘图得到U-I曲线。借助于伏安特性曲线我们发现小灯泡的电阻随着温度的升高而变大。现在，我想通过DIS实验更直观地看出灯丝电阻随其温度变化的情况。
　　一、实验原理及操作步骤
　　（一）实验原理
　　借助于DIS实验系统、电流传感器和电压传感器，可以采集小灯泡两端电压和流经小灯泡的电流，采集多组电压，电流数据，利用DIS软件绘图可以直观地看出小灯泡的U-I曲线[1]。通过伏安特性曲线，我们发现小灯泡的电阻是随着温度的升高而变化的。这里，我通过另外一种方法探究灯丝电阻随温度的变化关系，通过DIS实验验证灯丝的这一特性，设计如下的实验（图一）。
    图二小灯泡的DIS图像

    图一实验电路一

　　根据欧姆定律，当小灯泡电阻发生变化时，流经回路的电阻也会发生相应的变化，借助DIS采集的回路电流能够很直观地看出。但是在上面的实验中不能对小灯泡直接进行加热，因此我将实验进行了改进，用一根报废的灯丝替代小灯泡，这样就可以直接对灯丝进行加热了，实验电路如图三。


　　（二）操作步骤
　　用一根报废的灯丝替代小灯泡，跟电流传感器串联接入回路；
　　先闭合开关一段时间，然后用酒精灯给灯丝加热，一段时间后将酒精灯撤去，再过一段时间断开开关。
　  二、对实验现象进行分析
　　图四即改装后的实验得到的DIS图像，在闭合开关时，首先出现了一个电流的极大值，之后趋于平稳，再用酒精灯给灯丝加热，由于灯丝的温度升高导致了灯丝电阻的增大。整个回路的电阻也随之增大，根据闭合电路的欧姆定律，知回路中的电流会变小，从图中能够明显的观察到在酒精灯加热时回路中电流变小，而撤去酒精灯时，随着温度的降低，回路中的电流又会升高到之前的定值[2]。这里很好地说明了，灯丝的电阻随着其温度的升高而变大。
　　但是在该实验中，图二，图四中在刚闭合开关时，都会出现一个电流极大值，而后慢慢趋于一个恒定电流值，通过前面的实验已经验证了钨丝的电阻随着温度的升高会变大，那么这个极大值又是如何出现的呢？我们做出猜测，在闭合开关的一瞬间，灯丝的温度还较低，因此在刚闭合开关时，回路的总电阻较小，电流很大，而一旦有电流流过，钨丝产热，温度随之升高，而后灯丝电阻增大，电流变小，最后趋于一个恒定值。这里我们可以借助一个改进实验加以验证，实验电路如图五[3]。
    图五 实验电路三

    图六定值电阻的DIS图像

　　这里我选择了一个阻值受温度影响较小的定值电阻替代灯丝，操作步骤同实验一，DIS图像如图六。
　　这里在闭合开关的瞬间，电流并没有出现一个明显的极大值，而是一直有一个恒定电流值。因为，这里的定值电阻阻值受温度影响与电阻丝相比要小很多，因此在闭合开关后，虽然定值电阻的温度也会升高，但其阻值变化不大，这样回路中电流便始终处于一个恒定值了。
　　通过上面的三个实验我们发现，小灯泡的电阻阻值容易受到温度的影响，并且随着温度的升高而变大，但并不是所有的电阻都具有这种特性。
　　三、对于实验的进一步思考
　　通过实验我们验证了灯丝的电阻随着温度的升高而变大，并且发现在小灯泡在启动时会出现一个电流极大值。这样我们就可以解释一个日常生活中经常见到的现象了，白炽灯在冬天的时候很容易坏掉，我们经常看到灯“闪”了一下，之后便又灭了。把白炽灯取下观察，我们会发现白炽灯里面的灯丝烧断了。而其他的季节却很少出现这种情况。这是因为在冬天温度较低，灯泡的电阻相对较小，在开灯的瞬间，会有很大的电流流经电灯，短时间产生的高温会使白炽灯的灯丝被烧断。相反，在其他的季节，由于温度相对较高，灯丝的电阻也就比冬天时要大，这样开灯瞬间，虽然也会出现一个电流的极大值，电流值要比冬天时要小，这样短时间内产生的热量就比较少，而不会讲灯丝烧断。
　　在用酒精灯给灯丝加热时，由于酒精灯火焰的不稳定性，在加热时灯丝的电阻也会有小幅的波动，因此，得到的电流图像也会有小幅的波动。
　　参考文献：
　　[1]朱梁权.利用DIS传感器研究通断电自感现象[J].物理实验,2009,28(1):27-29.
　　[2]刘彬生.测绘小灯泡的伏安特性曲线和相关的实验[J].物理实验,2001,21(5):33-36+48.
　　[3]陈金泉.几何画板的“物理工具库”对物理学习的促进作用[J].湖南中学物理,2013,28(7):35-37.
　　作者单位：江苏省丹阳高级中学图三实验电路二 图四灯丝实验的DIS图像