2基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验报告答案含数据处理.docx
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2基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验报告答案含数据处理
试验二基尔霍夫定律和叠加道理的验证
一.试验目标
1.验证基尔霍夫定律的精确性,加深对基尔霍夫定律的懂得.
2.验证线性电路中叠加道理的精确性及其实用规模,加深对线性电路的叠加性和齐次性的熟悉和懂得.
3.进一步控制仪器内心的应用办法.
二.试验道理
1．基尔霍夫定律
基尔霍夫定律是电路的根本定律.它包含基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）.
（1）基尔霍夫电流定律（KCL）
在电路中,对任一结点,各歧路电流的代数和恒等于零,即ΣI＝0.
（2）基尔霍夫电压定律（KVL）
在电路中,对任一回路,所有歧路电压的代数和恒等于零,即ΣU＝0.
基尔霍夫定律表达式中的电流和电压都是代数目,应用时,必须预先随意率性假定电流和电压的参考偏向.当电流和电压的现实偏向与参考偏向雷同时,取值为正;相反时,取值为负.
基尔霍夫定律与各歧路元件的性质无关,无论是线性的或非线性的电路,照样含源的或无源的电路,它都是广泛实用的.
2．叠加道理
在线性电路中,有多个电源同时感化时,任一歧路的电流或电压都是电路中每个自力电源单独感化时在该歧路中所产生的电流或电压的代数和.某自力源单独感化时,其它自力源均需置零.（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）,是指当鼓励旌旗灯号（某自力源的值）增长或减小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）也将增长或减小K倍.
三.试验装备与器件
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.试验电路板1块
四.试验内容
1．基尔霍夫定律试验
按图2-1接线.
（1）试验前,可随意率性假定三条歧路电流的参考偏向及三个闭合回路的绕行方
向.图2-1中的电流I1.I2.I3的偏向已设定,三个闭合回路的绕行偏向可设为ADEFA.BADCB和FBCEF.
（2）分离将两路直流稳压电源接入电路,令U1=6V,U2=12V.
（3）将电路试验箱上的直流数字毫安表分离接入三条歧路中,测量歧路电流,
数据记入表2-1.此时应留意毫安表的极性应与电流的假定偏向一致.
（4）用直流数字电压表分离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基尔霍夫定律试验数据
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
U1（V）
U2（V）
UFA（V）
UAB（V）
UAD（V）
UCD（V）
UDE（V）
盘算值
测量值
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．叠加道理试验
（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分离将两路直流稳压电源接入电路,令U1=12V,U2=6V.
②令电源U1单独感化,BC短接,用毫安表和电压表分离测量各歧路电流
及各电阻元件两头电压,数据记入表2-2.
表2-2叠加道理试验数据（线性电阻电路）
测量项目
试验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
U1单独感化
12.04
0
U2单独感化
0
6.05
U1.U2配合感化
12.04
6.05
2U2单独感化
0
12.03
③令U2单独感化,此时FE短接.反复试验步调②的测量,数据记入表2-2.
④令U1和U2配合感化,反复上述测量,数据记入表2-2.
⑤取U2=12V,反复步调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.反复上述步调①～⑤的测量进程,数据记入表2-3.
表2-3叠加道理试验数据（非线性电阻电路）
测量项目
试验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
U1单独感化
12.03
0
U2单独感化
0
6.06
0
0
0
0
-6
0
0
0
U1.U2配合感化
12.03
6.06
0
0
2U2单独感化
0
12.05
0
0
0
0
-12
0
0
0
（3）断定电路故障
按图2-2接线,此时开关K投向R5（330Ω）侧.随意率性按下某个故障设置按键,反复试验内容④的测量.数据记入表2-4中,将故障原因剖析及断定根据填入表2-5.
表2-4故障电路的试验数据
测量项目
试验内容
U1.U2配合感化
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
故障一
12.08
6.04
0
0
故障二
12.05
6.07
0
故障三
12.03
6.02
0
0
-
表2-5故障电路的原因及断定根据
原因和根据
故障内容
故障原因
断定依据
故障一
FA之间开路
I1=0;UFAV
故障二
AD之间电阻短路
UAD=0;I3=mA
故障三
CD之间电阻开路
I2=0;UAB=0;UCDV
五.试验预习
1.试验留意事项
（1）须要测量的电压值,均以电压表测量的读数为准.U1.U2也需测量,不该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,假如内心指针反偏,则必须改换内心极性,从新测量.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.但应留意：
所读得的电压或电流值的精确正.负号应根据设定的电流参考偏素来断定.
（4）内心量程的应实时改换.
2.预习思虑题
（1）根据图2-1的电路参数,盘算出待测的电流I1.I2.I3和各电阻上的电压值,记入表2-1中,以便试验测量时,可精确地选定毫安表和电压表的量程.
答：
基尔霍夫定律的盘算值
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
0.00193=V
UCD=
330
0.00599=
V
（2）试验中,若用指针式万用表直流毫安档测各歧路电流,在什么情形下可能消失指针反偏,应若何处理？
在记载数据时应留意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时,则会有什么显示呢？
答：
指针式万用表万用表作为电流表应用,应串接在被测电路中.并留意电流的偏向.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）.假如不知被测电流的偏向,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,假如指针向右摆动,解释接线精确;假如指针向左摆动（低于零点,反偏）,解释接线不精确,应把万用表的两支表笔地位改换.
记载数据时应留意电流的参考偏向.若电流的现实偏向与参考偏向一致,则电流取正号,若电流的现实偏向与参考偏向相反,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.但应留意：
所读得电流值的正.负号应根据设定的电流参考偏素来断定.
（3）试验电路中,如有一个电阻器改为二极管,试问叠加道理的叠加性与齐次性还成立吗？
为什么？
答：
电阻改为二极管后,叠加道理不成立.因为二极管长短线性元件,含有二极管的非线性电路,不相符叠加性和齐次性.
六.试验陈述
1.根据试验数据,选定试验电路图2.1中的结点A,验证KCL的精确性.
答：
根据表2-1中试验测量数据,选定结点A,取流出结点的电流为正.经由过程盘算验证KCL的精确性.
I1=2.08mAI2=6.38mAI3=8.43mA
即
结论：
I3
I1
I2=0,证实基尔霍夫电流定律是精确的.
2.根据试验数据,选定试验电路图2.1中任一闭合回路,验证KVL的精确性.
答：
根据表2-1中试验测量数据,选定闭合回路ADEFA,取逆时针偏向为回路的绕行偏向电压降为正.经由过程盘算验证KVL的精确性.
UAD=4.02VUDE=0.97VUFA=0.93VU1=6.05V
结论：
证实基尔霍夫电压定律是精确的.
同理,其它结点和闭合回路的电流和电压,也可相似盘算验证.电压表和电流表的测量数据有必定的误差,都在可许可的误差规模内.
3.根据试验数据,验证线性电路的叠加性与齐次性.
答：
验证线性电路的叠加道理：
（1）验证线性电路的叠加性
根据表2-2的测量数据,选定电流I1和电压UAB.经由过程盘算,验证线性电路的叠加性是精确的.
验证电流I1：
U1单独感化时：
I1（U1
U2单独感化时：
I1（U2
U1.U2配合感化时：
I1（U1.U2
即
结论：
I1（U1.U2配合感化）=I1（U1单独感化）+I1（U2单独感化）
验证电压UAB：
U1单独感化时：
UAB（U1单独感化）=2.42V
U2单独感化时：
UAB（U2
U1.U2配合感化时：
UAB（U1.U2
即
结论：
UAB（U1.U2配合感化）=UAB（U1单独感化）+UAB（U2单独感化）
是以线性电路的叠加性是精确的.
（2）验证线性电路的齐次性
根据表2-2的测量数据,选定电流I1和电压UAB.经由过程盘算,验证线性电路的齐次性是精确的.
验证电流I1：
U2单独感化时：
I1（U2
2U2单独感化时：
I1（2U2单独感化）=-2.39mA
即
结论：
I1（2U2单独感化）=2
I1（U2单独感化）
验证电压UAB：
U2单独感化时：
UAB（U2单独感化）=-3.59V
2U2单独感化时：
UAB（U2单独感化）=-7.17V
结论：
UAB（2U2单独感化）=2
UAB（U2单独感化）
是以线性电路的齐次性是精确的.
同理,其它歧路电流和电压,也可相似盘算.证实线性电路的叠加性和齐次性是精确的.
（3）对于含有二极管的非线性电路,表2-3中的数据.经由过程盘算,证实非线性电路不相符叠加性和齐次性.
4.试验总结及领会.
附：
（1）基尔霍夫定律试验数据的相对误差盘算
同理可得：
;
;
;
;
;
;
;
;
由以上盘算可看出：
I1.I2.I3及UAB.UCD误差较大.
（2）基尔霍夫定律试验数据的误差原因剖析
产生误差的原因重要有：
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）导线衔接不慎密产生的接触误差.
3）内心的根本误差.
（3）基尔霍夫定律试验的结论
数据中绝大部分相对误差较小,基尔霍夫定律是精确的.
附：
叠加道理的验证试验小结
（1）测量电压.电流时,应留意内心的极性与电压.电流的参考偏向一致,如许记载的数据才是精确的.
（2）在现实操纵中,开关投向短路侧时,测量点F延至E点,B延至C点,不然测量出错.
（3）线性电路中,叠加道理成立,非线性电路中,叠加道理不成立.功率不知足叠加道理.
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