计算物理验证电位相对性电压绝对性文档格式.docx
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以图1的电路为例,如图中的A~F,并在坐标横轴上按顺序,现在在坐标横轴上均匀间隔标上UAB、UBC、UCD、UDE、UEF、UFA,在根据计算或者测量电压值,在各点所在的垂直线上描点。
用直线依次连接相邻两个电压点,即得电压图。
在电位图中,任意两个被测点的纵坐标值之差即为该两点之间的电压值。
在电路中电位参考点可任意选定。
对于不同的参考点,所绘出的电位图形是不同的,但其各点电位变化的规律却是一样的。
3、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
0~30V
二路
2
万用表
自备
3
直流数字电压表
0~300V
4
电位、电压测定实验电路板
HE-12
4、实验内容
利用HE-12实验箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路,按图1接线
4.1.分别将两路直流稳压电源接入电路,令U1=6V,U2=12V。
(先调准输出电压值,再接入实验线路中。
)
4.2.以图1中的A点作为电位的参考点,分别测量B、C、D、E、F各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF及UFA,数据列于表中。
4.3.以D点作为参考点,重复实验内容2的测量,测得数据列于表中。
电位
参考点
φ与U
φA
φB
φC
φD
φE
φF
UAB
UBC
UCD
UDE
UEF
UFA
A
计算值
—
-6.01
12.07
-2.00
0.98
-6.02
测量值
0.00
6.01
-6.06
-4.06
-5.04
-1.99
0.99
-6.03
相对误差
0.0%
0.05%
1.0%
0.1%
1.0%
D
12.07-
-6.03
4.05
10.07
-0.99
5.04
0.01%
0.0%
注:
1.“计算值”一栏,UAB=φA-φB,UBC=φB-φC,以此类推。
2.相对误差=100(%)
5、实验注意事项
5.1.本实验线路板系多个实验通用,本次实验中不使用电流插头和插座。
HE-12上的K3应拨向330Ω侧,三个故障按键均不得按下。
5.2.测量电位时,用指针式万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时,用负表棒(黑色)接参考电位点,用正表棒(红色)接被测各点。
若指针正向偏转或数显表显示正值,则表明该点电位为正(即高于参考点电位);
若指针反向偏转或数显表显示负值,此时应调换万用表的表棒,然后读出数值,此时在电位值之前应加一负号(表明该点电位低于参考点电位)。
数显表也可不调换表棒,直接读出负值。
6、实验结论
6.1.用基尔霍夫定理验证实验结果:
用基尔霍夫定理计算各点间电压:
由1,2,3式解得(结果由C语言自动计算):
那么(结果由C语言自动计算):
实验结果与计算结果基本一致。
6.2.电位相对性原理验证:
将实验数据输入C程序中,C程序将自动绘制电位图形,俩组数据得到俩幅电位图(如图2,3中左图),虽然俩个电位图的参考点不同,但各点的相对顺序一致,输入更多数据仍然得此结果,在此不多举例,从而验证了电位的相对性。
6.3.电压绝对性的原理验证:
基尔霍夫定理计算结果绘制的电压图(如图2,3中右图黄线)和实验数据得到的电压图(如图2,3中右图红线)基本重合,不同实验数据输入得到的图2,3的右图也基本一致,得到都是相同的电压坐标图,从而验证电压的绝对性。
图2
图3
参考文献:
[1]陈锺贤,计算物理学[M],哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2001年。
[2]王金海吴旻宋桂云,电路分析基础[M],北京:
高等教育出版社,2009年。
C语言程序
#include<
graphics.h>
stdlib.h>
stdio.h>
math.h>
main()
{
intgraphdrv=DETECT;
intgraphmode;
floata[3][3]={1020,0,1,0,1330,1,510,510,-1};
floatb[3]={6,12,0};
inti,j;
floatA12,A13,B1,A22,A23,B2,A32,A33,B3;
floatAA23,AA33,BB2,BB3;
floatI1,I2,I3;
floatR1=510,R2=1000,R3=510,R4=510,R5=330;
floatm,n,t,r,s,x,y,z,x1,y1,y2;
floatu[6],U[6],Ul[6],Uj[6];
A12=a[1][0]/a[0][0];
/*计算I1,I2,I3*/
A13=a[2][0]/a[0][0];
B1=b[0]/a[0][0];
A22=a[1][1]-A12*a[0][1];
A23=a[2][1]-A13*a[0][1];
B2=b[1]-B1*a[0][1];
A32=a[1][2]-A12*a[0][2];
A33=a[2][2]-A13*a[0][2];
B3=b[2]-B1*a[0][2];
AA23=A23/A22;
BB2=B2/A22;
AA33=A33-AA23*A32;
BB3=B3-BB2*A32;
I3=BB3/AA33;
I2=BB2-AA23*I3;
I1=B1-A12*I2-A13*I3;
Ul[0]=-I2*R2;
/*计算理论电压*/
Ul[1]=12;
Ul[2]=-I2*R5;
Ul[3]=I1*R4;
Ul[4]=-6;
Ul[5]=I1*R1;
initgraph(&
graphdrv,&
graphmode,"
\\tc\\bgi"
);
cleardevice();
settextstyle(1,0,3);
/*画电路图*/
outtextxy(30,45,"
F"
outtextxy(85,30,"
I1"
outtextxy(405,30,"
I2"
outtextxy(250,30,"
A"
outtextxy(460,45,"
B"
outtextxy(30,415,"
E"
outtextxy(250,425,"
D"
outtextxy(460,415,"
C"
outtextxy(260,125,"
I3"
outtextxy(145,65,"
R1"
outtextxy(345,65,"
R2"
outtextxy(270,220,"
R3"
outtextxy(145,385,"
R4"
outtextxy(345,385,"
R5"
outtextxy(80,220,"
U1"
outtextxy(390,220,"
U2"
line(50,60,50,420);
line(250,60,250,220);
line(250,260,250,420);
line(450,60,450,420);
line(50,60,130,60);
line(170,60,330,60);
line(370,60,450,60);
line(50,420,130,420);
line(170,420,330,420);
line(370,420,450,420);
line(30,205,40,205);
line(35,200,35,210);
line(460,205,470,205);
line(465,200,465,210);
line(30,275,40,275);
line(460,275,470,275);
line(85,55,90,60);
line(85,65,90,60);
line(405,55,400,60);
line(405,65,400,60);
line(245,125,250,130);
line(255,125,250,130);
rectangle(130,53,170,68);
rectangle(330,53,370,68);
rectangle(130,412,170,428);
rectangle(330,412,370,428);
rectangle(242,220,258,260);
circle(50,240,20);
circle(450,240,20);
getchar();
closegraph();
printf("
U1=I1(R1+R4)+I3R3,\n"
/*显示公式*/
U2=I2(R2+R5)+I3R3,\n"
I3=I1+I2,\n"
\nR1=510,\nR2=1000,\nR3=510,\nR4=510,\nR5=330,\n"
U1=6,\nU2=12,\n"
\nanswer:
\n"
I1=%f,\nI2=%f,\nI3=%f,\n"
I1,I2,I3);
\nUjAB=%f,\nUjCD=%f,\nUjDE=%f,\nUjFA=%f,\n"
Ul[0],Ul[2],Ul[3],Ul[5]);
\nEnteru:
/*输入实验值*/
for(i=65;
i<
71;
i++)
{
printf("
u%c=?
"
i);
z=i-65;
scanf("
%f"
&
u[z]);
}
U[0]=u[0]-u[1];
/*计算实验电压*/
U[1]=u[1]-u[2];
U[2]=u[2]-u[3];
U[3]=u[3]-u[4];
U[4]=u[4]-u[5];
U[5]=u[5]-u[0];
clrscr();
line(25,30,25,450);
/*画坐标*/
line(25,240,305,240);
line(350,30,350,450);
line(350,240,630,240);
for(i=1;
8;
i++)/*坐标横轴*/
t=25+40*i;
line(t,235,t,240);
r=350+40*i;
line(r,235,r,240);
27;
i++)/*坐标纵轴*/
m=45+15*i;
line(25,m,30,m);
n=45+15*i;
line(350,n,355,n);
for(i=0;
6;
i++)/*画电位坐标图*/
x=65+40*i;
y=240-u[i]*15;
circle(x,y,1);
circle(305,240-u[0]*15,1);
x1=65+40*(i+1);
if(x1<
305)
{
y1=240-u[i+1]*15;
line(x,y,x1,y1);
}
else
y2=240-u[0]*15;
line(x,y,x1,y2);
}
}
i++)/*画实验结果电压坐标图*/
x=390+40*i;
y=240-U[i]*15;
setcolor(RED);
x1=390+40*(i+1);
630)
y1=240-U[i+1]*15;
line(540,20,570,20);
outtextxy(580,15,"
shiyan"
i++)/*画计算电压坐标图*/
y=240-Ul[i]*15;
setcolor(YELLOW);
x1=390+40*(i+1);
y1=240-Ul[i+1]*15;
line(540,40,570,40);
outtextxy(580,35,"
lilun"
settextstyle(2,0,5);
/*画横纵轴的数字及符号*/
setcolor(WHITE);
outtextxy(60,245,"
uA"
outtextxy(100,245,"
uB"
outtextxy(140,245,"
uC"
outtextxy(180,245,"
uD"
outtextxy(220,245,"
uE"
outtextxy(260,245,"
uF"
outtextxy(300,245,"
outtextxy(380,245,"
UAB"
outtextxy(420,245,"
UBC"
outtextxy(460,245,"
UCD"
outtextxy(500,245,"
UDE"
outtextxy(540,245,"
UEF"
outtextxy(580,245,"
UFA"
2;
s=8+325*i;
outtextxy(s,53,"
12"
outtextxy(s,113,"
8"
outtextxy(s,173,"
4"
outtextxy(s,233,"
0"
outtextxy(s,293,"
-4"
outtextxy(s,353,"
-8"
outtextxy(2,413,"
-12"
outtextxy(327,413,"
while(!
kbhit());
return0;
}
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