实验二 基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验报告答案Word文档下载推荐.docx

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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发生的电流和电压值）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

数字电压表1块

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。

（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，丈量支路电流，

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丈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

被丈量

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

U1（V）

U2（V）

UFA（V）

UAB（V）

UAD（V）

UCD（V）

UDE（V）

计算值

丈量值

相对误差

7.77%

6.51%

6.43%

0.8%

-0.08%

-5.10%

4.17%

-0.50%

-5.58%

-1.02%

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。

2.

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丈量各支路电流

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）

丈量项目

实验内容

U1

（V）

U2

I1

（mA）

I2

I3

UAB

UCD

UAD

UDE

UFA

U1单独作用

12.04

U2单独作用

6.05

U1、U2共同作用

2U2单独作用

12.03

③令U2单独作用，此时FE短接。

重复实验步调②的丈量，数据记入表2-2。

④令U1和U2共同作用，重复上述丈量，数据记入表2-2。

⑤取U2=12V，重复步调③的丈量，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。

重复上述步调①～⑤的丈量过程，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）

6.06

-6

12.05

-12

（3）判断电路故障

任意按下某个故障设置按键，重复实验内容④的丈量。

数据记入表2-4中，将故障原因分析及判断依据填入表2-5。

表2-4故障电路的实验数据

故障一

12.08

6.04

故障二

6.07

故障三

6.02

-

表2-5故障电路的原因及判断依据

原因和依据

故障内容

故障原因

判断依据

FA之间开路

I1=0；

UFAV

AD之间电阻短路

UAD=0；

I3=mA

CD之间电阻开路

I2=0；

UAB=0；

UCDV

五、实验预习

1.实验注意事项

（1）需要丈量的电压值，均以电压表丈量的读数为准。

U1、U2也需丈量，不该取电源自己的显示值。

（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丈量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新丈量。

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丈量，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，以便实验丈量时，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=mA

I2=0.00599A=mA

I3=0.00792A=mA

UFA=510

0.00193=V

UAB=

1000

0.00599=

V

UAD=510

0.00792=V

UDE=510

UCD=

330

（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丈量时，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丈量时，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、实验陈述

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中实验丈量数据，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：

I1

I2=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中实验丈量数据，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。

电压表和电流表的丈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的丈量数据，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

U2单独作用时：

I1（U2

U1、U2共同作用时：

I1（U1、U2

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

UAB（U1、U2

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）=2

I1（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）=2

UAB（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

发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）导线连接不紧密发生的接触误差。

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）丈量电压、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）在实际操纵中，开关投向短路侧时，丈量点F延至E点，B延至C点，否则丈量出错。

（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。