基爾霍夫定律及疊加原理的驗證試驗報告

1、專業(yè)資料精心整理本科實驗報告2015年11月5日沖;學實驗報告一、實驗目的和要求（必填）實驗目的：1驗證基爾霍夫電流、電壓定律的正確性，加深對基爾霍夫定律的理解。2、驗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。實驗要求：1, 基爾霍夫定律實驗研究：實驗電路圖如圖1所示，實驗前先任意設定三條支路和三個閉合回路的電流正方向。 別將兩路直流穩(wěn)壓源接入點路。按照電路板實際情況及要求進行操作。將直流穩(wěn)壓源接入電路中， 測量各個節(jié)點之間的電壓值， 并作出記錄，與計算值相比較, 得到相應的實驗所需結(jié)果。2, 疊加定律實驗研究：實驗電路圖如圖2所示，由電壓源，電流源，電阻，穩(wěn)壓二

2、極管組成。在A、B之間接入電壓源，開關(guān) S斷開，測量各點電壓與各支路電流，研究電壓源單獨 工作時電路各部分狀況，將測量數(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，再次測量各點電壓與各支路電流，研究電 流源單獨作用時電路各部分狀況，將測量結(jié)果記錄于表中。將電壓源US和電流源Is同時接通，重復上述測量，將測量數(shù)據(jù)記錄于表中。根據(jù)表 中的測量數(shù)據(jù)驗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，重復以上三步，分析實驗數(shù)據(jù)。（圖2）二、實驗內(nèi)容和原理（必填）實驗原理: 1基爾霍夫電流定律（KCL）:對電路中任一節(jié)點而言，應有 1=0。2, 基爾霍夫電壓定律（KVL）:對電路中任一閉合

3、回路而言，應有U=0b3, 疊加定理：若干個電源在某線性網(wǎng)絡的任一支路產(chǎn)生的電流或在任意兩個節(jié)點之間產(chǎn)生 的電壓，等于這些電源分別單獨作用于該網(wǎng)絡時，在該部分所產(chǎn)生的電流與電壓的代數(shù)和。 但是，對于非線性網(wǎng)絡，疊加定律將不再適用，也不能用疊加定律計算或處理功率，能量等 二次的物理量。實驗內(nèi)容： 詳見“操作方法和實驗步驟”。三、主要儀器設備（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; 路固定5V輸出， 最大輸出電流3A。兩路可調(diào)電源都可在穩(wěn)壓和穩(wěn)流之

4、間轉(zhuǎn)換。2, 萬用表：MY61數(shù)字萬用表；具有 32個功能量程；3位半LCD顯示，最大顯示值為 1999;全量程過載 保護，自動電源關(guān)斷；電池不足指示；適用頻率范圍：40Hz 400Hz。3, 直流電流表。4, 實驗用電路板。（見圖3）（圖3）四、操作方法和實驗步驟基爾霍夫定律實驗研究（KCL :實驗電路如圖1所示，取ADEFA,BADCB,FBCEF為閉合回路的電流正方向，11 ,12 ,13 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)字電流表分別測量各支路

5、電流11，I2，I3，將測量數(shù)據(jù)記錄于表格中，與計算值相比較，驗證基爾霍夫電流定律是否成立。（如圖4）具體方法：將電流表兩端導線接入電路，注意電流表接入方向，有時需調(diào)整量程。讀取，提取數(shù)據(jù)后需重新連接插座處電路。U =6j51 30-U =12基爾霍夫定律實驗研究（KVL）： 實驗電路如圖1所示，電壓源不變。用數(shù)字萬用表測量各節(jié)點間電壓，記錄測量數(shù)據(jù), 與計算值相比較，驗證基爾霍夫電壓定律是否成立。兩端觸筆接觸待測節(jié)點導線（主要是電具體方法：將萬用表調(diào)至直流電壓檔適當檔位，阻兩端導線），全程保持電路通路。疊加定律實驗探究：實驗電路如圖2所示，在A, B間接入10V直流電壓源Us,斷開開關(guān)S,測

6、量個點電壓 和各支路電流，探究僅有電壓源作用時電路狀態(tài)。記錄測量數(shù)據(jù)，測量方法與前一實驗一致。將A,B兩點短路，接通開關(guān) S，接入20mA電流源，再次測量各點電壓和各支路電流， 探究僅有電流源作用時電路狀態(tài)，將測量數(shù)據(jù)記錄于表中。（實驗電路如圖5）（圖5）將Us與電流源Is同時接通，重復測量各電流，電壓等數(shù)據(jù)，將測量數(shù)據(jù)記錄于表中，探究電壓源和電流源共同作用時電路狀態(tài)。并根據(jù)測量數(shù)據(jù)驗證疊加定律是否成立。（實驗電路如圖6）將支路AD中的穩(wěn)壓二極管更換為電阻R,其阻值為任務（3）中電壓源Us與電流源Is共同作用時測得的UAd/I ad，重復未更換時的操作，測量Us與Is單獨作用以及共同作用時，電

7、路各點電壓與各支路電流，記錄測量數(shù)據(jù)于表中。根據(jù)測量結(jié)果驗證疊加定理是否成立。（實驗電路如圖7）DV.（圖7）五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1基爾霍夫定律實驗研究 各支路電流測量值11 （ mAI 2（mA）I 3（mA）計算值-1.914-5.9887.914測量值-1.92-5.977.86可由電流測量值得：I 3=1 1 + 1 2各節(jié)點間電壓測量值LS1（ V）也（V）LFa（ V）Uab（ V）LAd（ V）UCd（ V）UDe（ V）計算值6.0012.000.98-5.994.04-1.980.98測量值6.0011.990.98-5.954.04-1.950.96可由電壓測量值得：US

8、i=LFa+UAd+U3eUS2=-Uab+LAd-UcD2、疊加定律實驗研究 穩(wěn)壓二極管LAc（ V）UAd （V）Ucb（V）UDb（ V）I ac（ mAI ad（ mAI cb（ mAI cd（ mAus單獨作用6.575.163.354.755.889.306.100IS單獨作用-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（i）、I（ 1）:電壓源單獨作用時的電壓、電流U（ 2 ）、I（ 2）:電流源單獨作用時的電壓、電流U（ 3 ）、I（ 3）:電壓源與電

9、流源共同作用時的電壓、電流 由測量數(shù)據(jù)得，LAc （3）=UAC （1）+UAC （2）UAd( 3)工 UaD( 1) +UAd UCb (3) =UCb( 1) +UCb(2)UDb( 3)工 U?B( 1) +UDb (2)I AC (3) =I AC (1 ) +i AC (2)I AD (3) 工 I AD( 1) +I AD (2)I 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)計算為176.7 Q)Ua(V)Uad (V)UCb (V)LDb (V)I ac (mAI ad (mAI

10、 cb (mAI cd (mAUS單獨作用6.512.563.307.246.414.26.20IS單獨作用-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，訂U( 1)、丨(1):電壓源單獨作用時的電壓、電流U(2)、 I (2):電流源單獨作用時的電壓、電流線U(3)、I (3):電壓源與電流源共同作用時的電壓、電流由測量數(shù)據(jù)得，UAc( 3) =Uhc( 1 ) +Uhc(2)UAd (3) =UD( 1) +UD(2)UCb (3) =UCb( 1) +UCb(2)U

11、Db( 3) =UBb( 1 ) +UBb(2)I AC (3) =I AC (1 ) +i AC (2)I AD (3) =I AD (1 ) +I AD (2)I CB (3) =I CB (1 ) +I CB (2)I CD(3) =| CD( 1 ) +| CD(2)六、實驗結(jié)果與分析(必填)1基爾霍夫定律實驗探究 由測量值可發(fā)現(xiàn)：I 3 = I 1 + I 2US1=UFa+UAd+UDeUS2=-Uae+UAdUcD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, 疊加定律實驗研究接入穩(wěn)壓二極管時，由測量值可發(fā)現(xiàn)：UAd UDb、I ad三項符合疊加定律，其他各項都不

12、符合疊加定律。接入線性電阻時，由測量值可發(fā)現(xiàn)： 所有支路電流和節(jié)點間電壓，均符合疊加定律。由實驗數(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：這次的實驗不太順利，探究疊加定律時，發(fā)現(xiàn)二極管反向也有不小的電路，原來這個 二極管被燒壞了。換上新的二極管后，實驗才繼續(xù)下去。當時，我們已經(jīng)測量了許多的數(shù)據(jù)， 只能作廢，這反映了我們對這個實驗原理的不熟悉（實際上，當測出AD間電路符合疊加定律時就應該發(fā)現(xiàn)問題）。不過，經(jīng)過這個教訓后，我們更加

13、深刻地了解了疊加定律的含義。我們進行了分工， 一個負責測量操作，一個負責讀數(shù)計數(shù)，提高了速度，總算按時完成了實驗內(nèi)容。這次實驗，和我們電基理論課緊密結(jié)合，讓我對相關(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，而是觸手可及的科學。思考：1如果設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。因為他代表的是電荷 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，對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、