实验二基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验报告标准答案Word文档下载推荐.docx
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5.实验电路板
四、实验内容
1.基尔霍夫定律实验按图2-1接线。
2.
U°
51
33
图2-1基尔霍夫
(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11、|2、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U仁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
l1(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%
2-2叠加原
1分别将两路直流稳压电源接入电路,令Ui=12V,U2=6V。
2令电源Ui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
|3
Uab
Ucd
Uad
Ude
Ufa
Ui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
-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Ui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)
\测量项目实验内容\
I3
U1单独作用
8.73
-2.56
6.19
2.57
0.60
3.17
4.47
6.06
-6
7.95
-1.94
4.03
4.04
12.05
-12
(3)判断电路故障
按图2-2接线,此时开关K投向R5(330Q)侧。
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
\.测量项目
实验内容、
|1
|2
UCD
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
FA之间开路
11=0;
Ufa=10.34V
AD之间电阻短路
Uad=0;
13=16.02mA
CD之间电阻开路
|2=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11、12、|3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)
|1+|2=
(KCL)
⑵
(510+510)|1
+510|3=
=6(KVL)
⑶
(1000+330)
|3+510|3
=12(KVL)
由方程
(1)、
(2)、(3)解得:
|1=0.00193A=1.93mA
I2=0.00599A=5.99mA
13=0.00792A=7.92mA
Ufa=5100.00193=0.98VUab=10000.00599=5.99VUad=5100.00792=4.04VUde=5100.00193=0.98VUcd=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一端轻轻地碰一下,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,贝U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。
但应注意:
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。
|1=2.08mAI2=6.38mA|3=8.43mA
即8.432.086.380.030
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
6.050.974.020.930.030
U1UdeUadUaf0,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Ii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Ii:
Ui单独作用时:
Ii(Ui单独作用)=8.69mAU2单独作用时:
Ii(U2单独作用)=-i.i9mA
Ui、U2共同作用时:
Ii(Ui、U2共同作用)=7.55mA
即7.558.69(i.i9)7.50
Ii(Ui、U2共同作用)=Ii(Ui单独作用)+Ii(U2单独作用)验证电压Uab:
Uab(Ui单独作用)=2.42VU2单独作用时:
Uab(U2单独作用)=-3.59V
Uab(Ui、U2共同作用)=-i.i6V
即i.i62.42(3.59)i.i7
Uab(Ui、U2共同作用)=Uab(Ui单独作用)+Uab(U2单独作用)因此线性电路的叠加性是正确的。
(2)验证线性电路的齐次性
通过计算,验证线性电路的齐次性是正确的。
U2单独作用时:
2U2单独作用时:
Ii(2U2单独作用)=-2.39mA
即2.392(i.i9)2.38
Ii(2U2单独作用)=2Ii(U2单独作用)
验证电压Uab:
Uab(U2单独作用)=-3.59V2U2单独作用时:
Uab(U2单独作用)=-7.i7V
7.i72(3.59)7.i8
Uab(2U2单独作用)=2Uab(U2单独作用)因此线性电路的齐次性是正确的。
同理,其它支路电流和电压,也可类似计算。
证明线性电路的叠加性和齐次性是正确的。
(3)对于含有二极管的非线性电路,表2-3中的数据。
通过计算,证明非线性电路不符合叠加性和齐次性。
4.实验总结及体会。
附:
(i)基尔霍夫定律实验数据的相对误差计算
11(11(测)h(计))h(计)iOO(2.08i.93)i.937.77
同理可得:
丨26.51;
l36.43;
U,0.8;
U20.08;
777?
Ufa5.10;
Uab4.17;
Uad0.50;
777
Ucd5.58;
由以上计算可看出:
li、|2、|3及Uab、Ucd误差较大。
(2)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510Q电阻为例,实测电阻为515Q,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。
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- 实验 基尔霍夫定律 叠加 原理 验证 报告 标准答案