基爾霍夫定律和疊加原理的驗(yàn)證-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、1本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告2015年11月5日汁巧-丿、叨實(shí)驗(yàn)報(bào)告*一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿?實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篿1、驗(yàn)證基爾霍夫電流、電壓定律的正確性，加深對(duì)基爾霍夫定律的理解。J2、驗(yàn)證疊加定理及其適用范圍。3、掌握萬用表、直流電流表及穩(wěn)壓電源的使用方法。：實(shí)驗(yàn)要求：:1,基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)研究：j實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示，實(shí)驗(yàn)前先任意設(shè)定三條支路和三個(gè)閉合回路的電流正方向。分j別將兩路直流穩(wěn)壓源接入點(diǎn)路。按照電路板實(shí)際情況及要求進(jìn)行操作。將直流穩(wěn)壓源接入電路中， 測(cè)量各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電壓值， 并作出記錄，與計(jì)算值相比較，裝得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)所需結(jié)果。2, 疊加定律實(shí)驗(yàn)研究：訂實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示，由電壓源，電流源，電

2、阻，穩(wěn)壓二極管組成。在A、B之間接入電壓源，開關(guān) S斷開，測(cè)量各點(diǎn)電壓與各支路電流，研究電壓源單獨(dú)線工作時(shí)電路各部分狀況，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中。.將A、B間短路，開關(guān)S接通，接入電流源，再次測(cè)量各點(diǎn)電壓與各支路電流，研究電!流源單獨(dú)作用時(shí)電路各部分狀況，將測(cè)量結(jié)果記錄于表中。將電壓源Us和電流源Is同時(shí)接通，重復(fù)上述測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中。根據(jù)表 中的測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證疊加定律是否成立。將AD中的穩(wěn)壓二極管換成線性電阻，重復(fù)以上三步，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（圖2）二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）實(shí)驗(yàn)原理：1, 基爾霍夫電流定律（KCL ）:對(duì)電路中任一節(jié)點(diǎn)而言，應(yīng)有 1=0。2, 基爾霍夫電壓定律（KVL ）

3、:對(duì)電路中任一閉合回路而言，應(yīng)有U=0。3, 疊加定理：若干個(gè)電源在某線性網(wǎng)絡(luò)的任一支路產(chǎn)生的電流或在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生 的電壓，等于這些電源分別單獨(dú)作用于該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在該部分所產(chǎn)生的電流與電壓的代數(shù)和。 但是，對(duì)于非線性網(wǎng)絡(luò)，疊加定律將不再適用，也不能用疊加定律計(jì)算或處理功率，能量等 二次的物理量。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：4 / 7詳見“操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟”。三、主要儀器設(shè)備（必填）1直流穩(wěn)壓電源：HY3002D （ F） -3三路直流穩(wěn)壓電源為三位數(shù)字電壓、電流顯示的含有三路獨(dú)立的電源輸出的直流穩(wěn)壓電源，其中兩路為030V連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流分別為2A ;一路固定5V輸出，最大輸出電流 3A。兩路可調(diào)

4、電源都可在穩(wěn)壓和穩(wěn)流之間轉(zhuǎn)換。2，萬用表：MY61數(shù)字萬用表；具有32個(gè)功能量程；3位半LCD顯示，最大顯示值為 1999；全量程過 載保護(hù)，自動(dòng)電源關(guān)斷；電池不足指示；適用頻率范圍：40Hz 400Hz。3, 直流電流表。4，實(shí)驗(yàn)用電路板。（見圖3）（圖3）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)研究（KCL）：實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，取ADEFA,BADCB,FBCEFA 為閉合回路的電流正方向，I1，I2， I3方向如圖1所示。將Us1=6V，Us2=12V的兩路直流電壓源接入電路。具體方法：用導(dǎo)線連接電源與電路板上電壓源輸入端，調(diào)整電源輸出電壓穩(wěn)定為6V，12V。將電流插座接通。用數(shù)字電流表

5、分別測(cè)量各支路電流I1，I2，I3，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表格中，與計(jì)算值相比較，驗(yàn)證基爾霍夫電流定律是否成立。（如圖4）具體方法：將電流表兩端導(dǎo)線接入電路，注意電流表接入方向， 有時(shí)需調(diào)整量程。讀取，提取數(shù)據(jù)后需重新連接插座處電路?；鶢柣舴蚨蓪?shí)驗(yàn)研究（K/L）1：實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示電壓源不變FA用表測(cè)量各節(jié)點(diǎn)間電壓，記錄測(cè)量數(shù)據(jù),U =6:打/ 7510U =12I1與計(jì)算值相比較，驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律是否成立。具體方法：將萬用表調(diào)至直流電壓檔適當(dāng)檔位，兩端觸筆接觸待測(cè)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)線（主要是電阻兩端導(dǎo)線），全程保持電路通路。疊加定律實(shí)驗(yàn)探究：實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，在A，B間接入10V直流電壓源Us,斷開

6、開關(guān)S,測(cè)量個(gè)點(diǎn)電壓 和各支路電流，探究?jī)H有電壓源作用時(shí)電路狀態(tài)。記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量方法與前一實(shí)驗(yàn)一致。將A,B兩點(diǎn)短路，接通開關(guān) S,接入20mA電流源，再次測(cè)量各點(diǎn)電壓和各支路電流， 探究?jī)H有電流源作用時(shí)電路狀態(tài)，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中。（實(shí)驗(yàn)電路如圖5）（圖5）將Us與電流源Is同時(shí)接通，重復(fù)測(cè)量各電流，電壓等數(shù)據(jù)，將測(cè)量數(shù)據(jù)記錄于表中，探究電壓源和電流源共同作用時(shí)電路狀態(tài)。并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證疊加定律是否成立。（實(shí)驗(yàn)電路如圖6）將支路AD 極管更換為電阻 任務(wù)（3）中電壓源 Is共同作用時(shí)測(cè) Uad/I ad，重復(fù)未 作，測(cè)量Us與Is 及共同作用時(shí)， 壓與各支路電 量數(shù)據(jù)于表中。 果驗(yàn)證

7、疊加定理 （實(shí)驗(yàn)電路如圖（圖7）五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、基爾霍夫定律實(shí)Kz中的穩(wěn)壓二 R，其阻值為 Us與電流源 得的更換時(shí)的操 單獨(dú)作用以 電路各點(diǎn)電 流，記錄測(cè) 根據(jù)測(cè)量結(jié) 是否成立。7）驗(yàn)研究記錄和處記錄和處各支路電流測(cè)量值11 (mA)l2(mA)13(mA)計(jì)算值-1.914-5.9887.914測(cè)量值-1.92-5.977.86可由電流測(cè)量值得：13=|1 + |2各節(jié)點(diǎn)間電壓測(cè)量值Us1 (V)Us2 (V)Ufa ( V)Uab (V)Uad (V)Ucd (V)Ude (V)計(jì)算值6.0012.000.98-5.994.04-1.980.98測(cè)量值6.0011.990.98-5.95

8、4.04-1.950.96可由電壓測(cè)量值得：Usi = U fa + U AD + U DEUS2=-U AB +U AD-UCD2、疊加定律實(shí)驗(yàn)研究 穩(wěn)壓二極管Uac (V)Uad (V)Ucb (V)Udb (V)Iac( mA)Iad (mA )I cb ( mA)I cd ( mA)US單獨(dú)作用6.575.163.354.755.889.306.100IS單獨(dú)作用-6.745.166.77-5.17-6.779.5813.3-20.2US與IS共同作用-0.175.2110.094.69-0.1529.520.1-20.3不妨令，U（ 1）、I（ 1）:電壓源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流U（

9、2）、|（2）：電流源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流U（3）、I（3）：電壓源與電流源共同作用時(shí)的電壓、電流 由測(cè)量數(shù)據(jù)得，UAC（ 3）=U AC（ 1）+UAC（2）UAD（ 3）AD（ 1）+UAD（ 2）UCB（3）=UCB（ 1）+UCB（2）UDB（ 3）和 DB（ 1）+U DB（ 2）I AC(3)=| AC( 1)+| AC(2)I AD(3)護(hù) AD( 1)+| AD(2)| CB(3)=I CB ( 1)+I CB ( 2)I CD(3)=| CD( 1)+| CD(2)將穩(wěn)壓二極管換成線性電阻R （ R經(jīng)計(jì)算為176.7 Q）Uac(V)Uad(V)Ucb(V)Udb(V)Ia

10、c (mA)Iad (mA)Icb (mA)Icd (mA)US單獨(dú)作用6.512.563.307.246.414.26.20IS單獨(dú)作用-6.752.656.77-2.65-6.714.813.3-20.2US與IS共同作用-0.145.2410.084.67-0.14129.220.2-20.3不妨令，U（ 1）、I（ 1）:電壓源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流U（2）、I（2）：電流源單獨(dú)作用時(shí)的電壓、電流U（3）、I（3）：電壓源與電流源共同作用時(shí)的電壓、電流 由測(cè)量數(shù)據(jù)得，UaC（ 3）=U AC（ 1）+UaC（2）Uad（3）=Uad（ 1）+UAD（2）Ucb（3）=UCB（ 1）+U

11、CB（2）Udb（3） =Udb（ 1） +Udb（2）I AC（3）=1 AC（ 1）+1 AC（2）I AD （3） =I AD （1） +I AD （2）ICB（3） =I CB（ 1） +I CB（ 2）I CD（3） =I CD（ 1） +I CD（2）六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）1, 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)探究 由測(cè)量值可發(fā)現(xiàn)：13 = 1 什 12US1 = UfA + U AD +UdeU s2=-U ab+U ad-Ucd可得：在該電路中，基爾霍夫電流定律與基爾霍夫電壓定律成立。2, 疊加定律實(shí)驗(yàn)研究接入穩(wěn)壓二極管時(shí)，由測(cè)量值可發(fā)現(xiàn)：Uad、Udb、Iad三項(xiàng)符合疊加定律，其他各項(xiàng)都

12、不符合疊加定律。 接入線性電阻時(shí)，由測(cè)量值可發(fā)現(xiàn)： 所有支路電流和節(jié)點(diǎn)間電壓，均符合疊加定律。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，在任何數(shù)據(jù)中，基爾霍夫定律均成立。而疊加定律僅在線性電路中成 立（如接入穩(wěn)壓二極管電路，在與二極管無關(guān)的線性電路中疊加定律成立，流經(jīng)二極管的電流，二極管兩端的電壓等就不符合疊加定律）。七、討論、心得心得：這次的實(shí)驗(yàn)不太順利，探究疊加定律時(shí)，發(fā)現(xiàn)二極管反向也有不小的電路，原來這個(gè) 二極管被燒壞了。換上新的二極管后，實(shí)驗(yàn)才繼續(xù)下去。當(dāng)時(shí)，我們已經(jīng)測(cè)量了許多的數(shù)據(jù)， 只能作廢，這反映了我們對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理的不熟悉（實(shí)際上，當(dāng)測(cè)出AD間電路符合疊加定律時(shí)就應(yīng)該發(fā)現(xiàn)問題）。不過，經(jīng)過這個(gè)教訓(xùn)后，我

13、們更加深刻地了解了疊加定律的含義。我們進(jìn)行了分工， 一個(gè)負(fù)責(zé)測(cè)量操作，一個(gè)負(fù)責(zé)讀數(shù)計(jì)數(shù)，提高了速度，總算按時(shí)完成了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這次實(shí)驗(yàn)，和我們電基理論課緊密結(jié)合，讓我對(duì)相關(guān)電路原理有了更為深刻的原理，這些定律不再是冷冰冰的等號(hào)，而是觸手可及的科學(xué)。思考：1、如果設(shè)定不同的電壓與電流參考方向，基爾霍夫定律是否依然成立？ 成立，基爾霍夫定律與設(shè)定的參考方向無關(guān)。2、如果電路中含有非線性器件，基爾霍夫定律是否依然成立？是，基爾霍夫定律在任何電路（線性非線性，直流交流）均符合。因?yàn)樗淼氖请姾?守恒和能量守恒。3、與電流源IS串聯(lián)的電阻R4變大或變小時(shí)，對(duì)電路中各支路的電流有何影響？電阻R4變大，各支路的電流變大；電阻R4變小，各支路的電流變小。（橋式電路）4、根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算各種