实验二 基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验报告答案Word文档格式.docx
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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。
图2-1基尔霍夫定律实验接线图
R2
R1
I2
I1
6V
12V
U1
U2
I3
R5
R4
R3
510Ω
330Ω
1kΩ
A
B
C
D
E
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,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。
图2-2叠加原理实验接线图
IN4007
K
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
(V)
(mA)
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。