实验二基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验报告答案定稿版Word格式.docx
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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。
(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
1.93
5.99
7.92
6.00
12.00
0.98
-5.99
4.04
-1.97
测量值
2.08
6.38
8.43
6.05
11.99
0.93
-6.24
4.02
-2.08
0.97
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.
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
I1
(mA)
I2
I3
UAB
UCD
UAD
UDE
UFA
U1单独作用
12.04
8.69
-2.42
6.30
2.42
0.80
3.23
4.44
U2单独作用
-1.19
3.58
2.37
-3.59
-1.18
1.21
-0.60
U1、U2共同作用
7.55
1.16
8.62
-1.16
-0.38
3.84
2U2单独作用
12.03
-2.39
7.18
4.75
-7.17
-2.37
2.44
-1.21
③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。
表2-3叠加原理实验数据(非线性电阻电路)
8.73
-2.56
6.19
2.57
0.60
3.17
4.47
6.06
-6
0
U1、U2共同作用
7.95
-1.94
4.04
4.03
4.04
12.05
-12
(3)判断电路故障
任意按下某个故障设置按键,重复实验内容④的测量。
数据记入表2-4中,将故障原因分析及判断依据填入表2-5。
表2-4故障电路的实验数据
故障一
12.08
6.04
3.26
-3.26
-1.06
1.63
10.34
故障二
6.07
11.67
4.35
16.02
-4.35
-1.42
5.97
故障三
6.02
7.81
-2.02
3.98
表2-5故障电路的原因及判断依据
原因和依据
故障内容
故障原因
判断依据
故障一
FA之间开路
I1=0;
UFA=10.34V
故障二
AD之间电阻短路
UAD=0;
I3=16.02mA
故障三
CD之间电阻开路
I2=0;
UAB=0;
UCD=2.02V
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+510I3=6(KVL)
(3)(1000+330)I3+510I3=12(KVL)
由方程
(1)、
(2)、(3)解得:
I1=0.00193A=1.93mA
I2=0.00599A=5.99mA
I3=0.00792A=7.92mA
UFA=5100.00193=0.98V
UAB=10000.00599=5.99V
UAD=5100.00792=4.04V
UDE=5100.00193=0.98V
UCD=3300.00599=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。
通过计算验证KCL的正确性。
I1=2.08mAI2=6.38mAI3=8.43mA
即
结论:
I3I1I2=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=4.02VUDE=0.97VUFA=0.93VU1=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)=8.69mA
U2单独作用时:
I
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