2基尔霍夫定律及叠加原理的验证实验报告答案解析Word下载.docx
《2基尔霍夫定律及叠加原理的验证实验报告答案解析Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2基尔霍夫定律及叠加原理的验证实验报告答案解析Word下载.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
某独立源单独作用时，其它独立源均需置零。
（电压源用短路代替，电流源用开路代替。
）
线性电路的齐次性（又称比例性），是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
三、实验设备与器件
1.直流稳压电源1台
2.直流数字电压表1块
3.直流数字毫安表1块
4.万用表1块
5.实验电路板1块
四、实验内容
1．基尔霍夫定律实验
按图2-1接线。
F
（1）实验前，可任意假定三条支路电流的参考方向及三个闭合回路的绕行方
向。
图2-1中的电流I1、I2、I3的方向已设定，三个闭合回路的绕行方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。
（2）分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1=6V，U2=12V。
（3）将电路实验箱上的直流数字毫安表分别接入三条支路中，测量支路电流，
数据记入表2-1。
此时应注意毫安表的极性应与电流的假定方向一致。
（4）用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，数据记
入表2-1。
表2-1基尔霍夫定律实验数据
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
U1（V）
U2（V）
UFA（V）
UAB（V）
UAD（V）
UCD（V）
UDE（V）
计算值
测量值
相对误差
-
2．叠加原理实验
（1）线性电阻电路
按图2-2接线，此时开关K投向R5（330Ω）侧。
K
图3.42.
①分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1=12V，U2=6V。
②令电源U1单独作用，BC短接，用毫安表和电压表分别测量各支路电流
及各电阻元件两端电压，数据记入表2-2。
表2-2叠加原理实验数据（线性电阻电路）
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
I1
（mA）
I2
I3
UAB
UCD
UAD
UDE
UFA
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U2单独作用
③令U2单独作用，此时FE短接。
重复实验步骤②的测量，数据记入表2-2。
④令U1和U2共同作用，重复上述测量，数据记入表2-2。
⑤取U2=12V，重复步骤③的测量，数据记入表2-2。
（2）非线性电阻电路
按图2-2接线，此时开关K投向二极管IN4007侧。
重复上述步骤①～⑤的测量过程，数据记入表2-3。
表2-3叠加原理实验数据（非线性电阻电路）
U1、U2共同作用
五、实验预习
1.实验注意事项
（1）需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。
U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。
（2）防止稳压电源两个输出端碰线短路。
（3）用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。
此时指针正偏，可读得电压或电流值。
若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。
但应注意：
所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。
（4）仪表量程的应及时更换。
2.预习思考题
（1）根据图2-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表2-1中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。
答：
基尔霍夫定律的计算值
根据基尔霍夫定律列方程如下：
（1）I1+I2=I3（KCL）
（2）（510+510）I1+510I3=6（KVL）
（3）（1000+330）I3+510I3=12（KVL）
由方程
（1）、
（2）、（3）解得：
I1=0.00193A=1.93mA
I2=0.00599A=5.99mA
I3=0.00792A=7.92mA
UFA=5100.00193=0.98V
UAB=10000.00599=5.99V
UAD=5100.00792=4.04V
UDE=5100.00193=0.98V
UCD=3300.00599=1.97V
（2）实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？
在记录数据时应注意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
指针式万用表万用表作为电流表使用，应串接在被测电路中。
并注意电流的方向。
即将红表笔接电流流入的一端（“”端），黑表笔接电流流出的一端（“”端）。
如果不知被测电流的方向，可以在电路的一端先接好一支表笔，另一支表笔在电路的另—端轻轻地碰一下，如果指针向右摆动，说明接线正确；
如果指针向左摆动（低于零点，反偏），说明接线不正确，应把万用表的两支表笔位置调换。
记录数据时应注意电流的参考方向。
若电流的实际方向与参考方向一致，则电流取正号，若电流的实际方向与参考方向相反，则电流取负号。
若用直流数字毫安表进行测量时，则可直接读出电流值。
所读得电流值的正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。
（3）实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗？
为什么？
电阻改为二极管后，叠加原理不成立。
因为二极管是非线性元件，含有二极管的非线性电路，不符合叠加性和齐次性。
六、实验报告
1.根据实验数据，选定实验电路图2.1中的结点A，验证KCL的正确性。
依据表2-1中实验测量数据，选定结点A，取流出结点的电流为正。
通过计算验证KCL的正确性。
I1=2.08mAI2=6.38mAI3=8.43mA
即
结论：
I3I1I2=0，证明基尔霍夫电流定律是正确的。
2.根据实验数据，选定实验电路图2.1中任一闭合回路，验证KVL的正确性。
依据表2-1中实验测量数据，选定闭合回路ADEFA，取逆时针方向为回路的绕行方向电压降为正。
通过计算验证KVL的正确性。
UAD=4.02VUDE=0.97VUFA=0.93VU1=6.05V
，证明基尔霍夫电压定律是正确的。
同理，其它结点和闭合回路的电流和电压，也可类似计算验证。
电压表和电流表的测量数据有一定的误差，都在可允许的误差范围内。
3.根据实验数据，验证线性电路的叠加性与齐次性。
验证线性电路的叠加原理：
（1）验证线性电路的叠加性
依据表2-2的测量数据，选定电流I1和电压UAB。
通过计算，验证线性电路的叠加性是正确的。
验证电流I1：
U1单独作用时：
I1（U1单独作用）=8.69mA
U2单独作用时：
I1（U2单独作用）=-1.19mA
U1、U2共同作用时：
I1（U1、U2共同作用）=7.55mA
I1（U1、U2共同作用）=I1（U1单独作用）+I1（U2单独作用）
验证电压UAB：
UAB（U1单独作用）=2.42V
UAB（U2单独作用）=-3.59V
UAB（U1、U2共同作用）=-1.16V
UAB（U1、U2共同作用）=UAB（U1单独作用）+UAB（U2单独作用）
因此线性电路的叠加性是正确的。
（2）验证线性电路的齐次性
通过计算，验证线性电路的齐次性是正确的。
2U2单独作用时：
I1（2U2单独作用）=-2.39mA
I1（2U2单独作用）=2I1（U2单独作用）
UAB（U2单独作用）=-3.59V
UAB（U2单独作用）=-7.17V
UAB（2U2单独作用）=2UAB（U2单独作用）
因此线性电路的齐次性是正确的。
同理，其它支路电流和电压，也可类似计算。
证明线性电路的叠加性和齐次性是正确的。
（3）对于含有二极管的非线性电路，表2-3中的数据。
通过计算，证明非线性电路不符合叠加性和齐次性。
4.实验总结及体会。
附：
（1）基尔霍夫定律实验数据的相对误差计算
同理可得：
；
；
由以上计算可看出：
I1、I2、I3及UAB、UCD误差较大。
（2）基尔霍夫定律实验数据的误差原因分析
产生误差的原因主要有：
1）电阻值不恒等电路标出值，以510Ω电阻为例，实测电阻为515Ω，电阻误差较大。
2）导线连接不紧密产生的接触误差。
3）仪表的基本误差。
（3）基尔霍夫定律实验的结论
数据中绝大部分相对误差较小，基尔霍夫定律是正确的。
叠加原理的验证实验小结
（1）测量电压、电流时，应注意仪表的极性与电压、电流的参考方向一致，这样纪录的数据才是准确的。
（2）在实际操作中，开关投向短路侧时，测量点F延至E点，B延至C点，否则测量出错。
（3）线性电路中，叠加原理成立，非线性电路中，叠加原理不成立。
功率不满足叠加原理。
升级会员 