2.基尔霍夫定律及叠加原理的验证[实验报告答案解析]435

.WORD格式整理....专业知识分享..南昌大学电工学实验报告学生姓名：王学瑞学号5503211061专业班级：本硕111班实验时间：16时00分第三周星期二指导老师：郑朝丹成绩：基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验目的：1.验证基尔霍夫定的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。2.验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。3.进一步掌握仪器仪表的使用方法。实验原理：1．基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路的基本定律。它包括基尔霍夫电流定律(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，各支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，所有支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量，运用时，必须预先任意假定电流和电压的参考方向。当电流和电压的实际方向与参考方向相同时，取值为正；相反时，取值为负。基尔霍夫定律与各支路元件的性质无关，无论是线性的或非线性的电路，还是含源的或无源的电路，它都是普遍适用的。2．叠加原理在线性电路中，有多个电源同时作用时，任一支路的电流或电压都是电路中每个.WORD格式整理....专业知识分享..南昌大学电工学实验报告学生姓名：王学瑞学号5503211061专业班级：本硕111班实验时间：16时00分第三周星期二指导老师：郑朝丹成绩：独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。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。实验设备与器件：1.基尔霍夫定律电路板1块；导线若干2.直流稳压电源两路3.直流数字电压表，电流表4.万用表实验内容：1．基尔霍夫定律实验(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图2-1基尔霍夫定律实验接线图R2R1I2I1121v6vU1U2mAmAmAI3R5R4R3510Ω510Ω330Ω510Ω510Ω1kΩABCDEF.WORD格式整理....专业知识分享..南昌大学电工学实验报告学生姓名：王学瑞学号5503211061专业班级：本硕111班实验时间：16时00分第三周星期二指导老师：郑朝丹成绩：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，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7.4441.1988.64212.046.003.797-1.1984.407-0.4953.797测量值6.5031.4917.98510.916.1663.476-1.5664.094-0.5063.340相对误差12.6%19.7%7.6%9.3%2.7%8.0%16.5%7.6%2.7%12.0%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3.42.图2-2叠加原理实验接线图R2R1I2I112v6vU1U2mAmAmAI3R4R3510Ω510Ω510Ω510Ω1kΩABCDEFR5330ΩIN4007K.WORD格式整理....专业知识分享..南昌大学电工学实验报告学生姓名：王学瑞学号5503211061专业班级：本硕111班实验时间：16时00分第三周星期二指导老师：郑朝丹成绩：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)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用12.0907.928-2.1655.7672.2210.7072.9144.3814.391U2单独作用06.01-1.1423.5442.403-3.670-1.1601.234-0.591-0.621③令U2单独作用，此时FE短接。重复实验步骤②的测量，数据记入表2-2。④令U1和U2共同作用，重复上述测量，数据记入表2-2。⑤取U2=12V，重复步骤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。重复上述步骤①～⑤的测量过程，数据记入表2-3。.WORD格式整理....专业知识分享..南昌大学电工学实验报告学生姓名：王学瑞学号5503211061专业班级：本硕111班实验时间：16时00分第三周星期二指导老师：郑朝丹成绩：表2-3叠加原理实验数据（非线性电阻电路）测量项目实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用12.0108.341-2.3646.0142.4710.6393.1054.3154.394U2单独作用06.010000-6.087000U1、U2共同作用12.106.017.68607.6690-2.4803.5404.2024.243注意事项：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。思考题：(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？答：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。.WORD格式整理....专业知识分享..南昌大学电工学实验报告学生姓名：王学瑞学号5503211061专业班级：本硕111班实验时间：16时00分第三周星期二指导老师：郑朝丹成绩：数据处理：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。答：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。通过计算验证KCL的正确性。I1=6.503mAI2=1.491mAI3=7.985mA即6.503＋1.491－7.985=0.009≈0结论：I3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。答：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=4.094VUDE=3.340VUFA=3.476VU1=10.98V10.98－4.094－3.340－3.476=0.07≈0结论：1DEADAF0UUUU，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，都在可允许的误差范围内。.WORD格式整理....专业知识分享..南昌大学电工学实验报告学生姓名：王学瑞学号5503211061专业班级：本硕111班实验时间：16时00分第三周星期二指导老师：郑朝丹成绩：误差分析及实验小结：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。