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

1、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FBC

2、EF。（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（330）侧。K 图3.42. 分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1=1

3、2V，U2=6V。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）U2I1（mA）I2I3UABUCDUADUDEUF AU1单独作用U2单独作用U1 、U2共同作用2U2单独作用令U2单独作用，此时FE短接。重复实验步骤的测量，数据记入表2-2。令U1和U2共同作用，重复上述测量，数据记入表2-2。取U2=12V，重复步骤的测量，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。重复上述步骤的测量过程，数据记入表2-3。表 2-

4、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

5、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 + 510 I3 = 6 （KVL） （3） （1000+330）I3 + 510 I3 = 12 （KVL） 由方程（1）、（2）、（3）解得：I1 = 0.00193A= 1.93 mA I2 = 0.00599A= 5.99 mA I3 = 0.00792A= 7.92mAUFA =5100.00193=0.98 VUAB =10000.00599 =5.99VUAD =5100.00792

6、=4.04VUDE =5100.00193=0.98 VUCD =330 0.00599 =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

7、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

8、验证KCL的正确性。I1 = 2. 08 mA I2 = 6. 38 mA I3 = 8. 43mA即 结论： I3I1 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 = 4.02 V UDE = 0. 97 V UFA= 0. 93 V U1= 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

9、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） = 8.69mAU2单独作用时：I1（U2单独作用） = - 1.19mAU1、U2共同作用时：I1 （U1、U2共同作用）= 7.55mAI1 （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. 42 VUAB（U2单独作用） = - 3.59VUAB

10、（U1、U2共同作用）= -1.16VUAB（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. 39mAI1 （2U2单独作用）= 2 I1（U2单独作用）UAB（U2单独作用） = - 3. 59 VUAB（U2单独作用） = - 7. 17VUAB（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

11、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510电阻为例，实测电阻为515，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。