实验：比较欧姆导体与非欧姆导体

目的

比较欧姆导体（康铜丝）与非欧姆元件（灯丝灯泡）的电流-电压特性。

变量

• 操纵变量: 元件两端的电位差 V
• 响应变量: 通过元件的电流 I
• 固定变量: 受测元件（对欧姆导体而言还包括其温度）

仪器与材料

• 康铜丝（定值电阻）
• 灯丝灯泡
• 变阻器
• 电流表
• 电压表
• 干电池或电源
• 开关
• 连接导线

步骤

1. 把康铜丝与电流表、变阻器、开关和电池串联，电压表并联在康铜丝两端。
2. 调节变阻器使电压表读数为 V = 0.5 V，记录电流 I。
3. 以相等的步长增大 V，每步记录 I；读数之间断开开关以防康铜丝发热。
4. 将康铜丝换成灯丝灯泡，在相同范围内重复读数。
5. 记录每个元件的 V 和 I。

记录数据

对每个元件记录电位差 V（V）和电流 I（A）。可增设比值 V / I 一列以比较电阻。

图表

分别以 I（纵轴）对 V（横轴）为两元件作图。欧姆导体给出通过原点的直线（电阻恒定）；灯丝灯泡给出向上弯曲的曲线。

分析

对欧姆导体 V / I 恒定，故其遵守欧姆定律。对灯丝灯泡，电阻 R = V / I 随 V 增大而增大，因灯丝温度升高；它是非欧姆元件。

电学 · 画图技能

示例结果及其含义

两个元件在相同电压范围内的示例数据：

• 康铜丝：V = 0.5 V，I = 0.10 A；V = 1.0 V，I = 0.20 A；V = 1.5 V，I = 0.30 A；V = 2.0 V，I = 0.40 A；V = 2.5 V，I = 0.50 A
• 灯丝灯泡：V = 0.5 V，I = 0.20 A；V = 1.0 V，I = 0.34 A；V = 1.5 V，I = 0.44 A；V = 2.0 V，I = 0.52 A；V = 2.5 V，I = 0.58 A

对康铜丝，比值 V / I 每次都相同（0.5 / 0.10 = 5.0 Ω，2.5 / 0.50 = 5.0 Ω），故其电阻恒定。对灯丝灯泡，V / I 上升（0.5 / 0.20 = 2.5 Ω 直到 2.5 / 0.58 ≈ 4.3 Ω），故其电阻增大。

差别在于电流增大时灯丝变得更热，而康铜丝保持较凉。

读图与求答案

在同一坐标上，以电流 I（纵轴）对电压 V（横轴）为两个元件作图。

康铜丝给出一条通过原点的直线：斜率恒定即电阻恒定，故遵守欧姆定律。这条直线的斜率是 1 / R。

用从 (0.5 V, 0.10 A) 到 (2.5 V, 0.50 A) 的大三角形：

斜率 = ΔI ÷ ΔV = (0.50 − 0.10) A ÷ (2.5 − 0.5) V = 0.40 A ÷ 2.0 V = 0.20 A V⁻¹，故 R = 1 ÷ 0.20 A V⁻¹ = 5.0 Ω。

灯丝灯泡给出一条向 V 轴弯曲的曲线：V 升高时线变得不那么陡，说明电阻正在增大。由于其 I–V 线不是直线，灯泡是非欧姆导体。

评分要点

实验操作分：读数之间断开开关，使康铜丝不会发热而改变电阻；开始前检查两只电表的零误差；把电流表与元件串联，电压表并联在元件两端。

试卷三的科学过程技能分：说明变量，操纵变量是电压 V，响应变量是电流 I，固定变量是被测元件（对康铜丝而言还有其温度）。把 V（V）和 I（A）列成表格，并加一列 V / I（Ω），使恒定与上升的规律一目了然。

在均匀刻度上画出两条 I–V 线。结论应对比两者：康铜丝因 V / I 恒定而遵守欧姆定律，灯丝灯泡因发热使电阻增大而为非欧姆元件。

电阻值一律带单位 Ω。

来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)