实验一 叠加定理、基尔霍夫定律与电位的研究

一、实验目的

1．用实验的方法验证叠加定理和基尔霍夫定律以提高对两定理的理解和应用能力。

2．通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。

3．通过实验加深对电路参考方向的掌握和运用能力。

二、必备知识

1．叠加定理：对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，等于各个独立电源单独作用时在相应支路中形成的电流或电压的代数和。不作用的电压源所在的支路应（移开电压源后）短路，不作用的电流源所在的支路应开路。

2．基尔霍夫电流、电压定律：在任一时刻，流出（流入）集中参数电路中任一节点电流的代数和等于零；集中参数电路中任一回路上全部组件端对电压代数和等于零。

3．电位与电压：电路中的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。

三、预习要求

1．复习实验中所用到的相关定理、定律和有关概念，领会其基本要点。

2．通过观看《电路实验常用仪器仪表使用方法简介》光盘，预习实验中所用到的实验仪器的使用方法及注意事项。

3．根据实验电路计算所要求测试的理论数据，填入表中。

4．写出完整的预习报告。

四、实验仪器

DF1731SL2A型直流电压源一台

HY1770型直流电流源一台

VC97型数字万用表一块

C65型直流电流表一块

电流插座三个

电流插头一个

100、190、450滑线电阻各一只

五、实验任务

1.验证叠加定理

(1) 将电压源的输出电压U_S调至10V，

（用万用表直流电压档测定），电流源的输

出电流I_S调至20mA（用直流毫安表测定），

然后关闭电源，待用。

(2)    按图1.1所示连接实验电路，也可

自行设计实验电路。 图1.1 叠加定验证电路

(3) 按以下三种情况进行实验：电压源与电流源共同作用；电压源单独作用，电流源不作用；电流源单独作用，电压源不作用。分别测出各电阻上的电压和各支路的电流填入表1.1中。最后计算出叠加结果，验证是否符合叠加定理。

表1.1 叠加定理验证数据

注意事项：

(1) 电压源不作用时，应关掉电压源，移开，将该支路短路。

(2) 电流源不作用时，应关掉电流源，将该支路真正开路，电流源的流出端为电流源的正级。

(3) 当电流表反偏时，将电流插座或电流表两接线换接，电流表读数前加负号。

(4) 电流插座有方向，约定红色接线柱为电流的流入端，接电流表量程选择端，黑色接线柱为电流的流出端，接电流表的负极。

(5) 实验前应根据所选参数理论计算所测数据，为方便读取，各支路电流应大于5mA，否则应改变电路参数。

2.验证基尔霍夫定律与电位

(1) 按图1.2连接实验电路，选择

节点a验证基尔霍夫电流定律（KCL）,

也可自行设计实验电路。其中A1、A2、

A3，代表电流插座。

图1.2 基尔霍夫定律验证电路

表1.2 验证KCL数据

注意事项：所测电流值的正负号，应根据电流的实际流向与参考方向的关系来确定，而约束方程中前边的正负号是由基尔霍夫电流定律根据电流的参考方向确定的。

（2）选择abca和acda两个网孔，验证基尔霍夫电压定律（KVL）：

表1.3 验证KVL数据

注意事项：可按表格中给定的回路参考方向，也可自行规定参考方向进行测量。

（3）分别以节点b和d为参考点，测量abcd各节点电位，计算端对电压值。

表1.4 不同参考点的电位与电压

注意事项：当参考点选定后，节点电压便随之确定，这是节点电压的单值性；当参考点改变时，各节点电压均改变相同量值，这是节点电压的相对性。但各节点间电压的大小和极性应保持不变。

六、实验报告要求

1．实验报告要整齐、全面，包含全部实验内容。

2．对实验中出现的一些问题进行讨论。

3．鼓励同学开动脑筋，自行设计合理的实验电路。

4．要求给出理论计算值，并与实测值比较，分析误差原因。

 

第二篇：实训七 基尔霍夫定律与叠加定理

2006-2007-2讲课比赛教案

陈 玉 华

基尔霍夫定律与叠加定理

一、讲解实验目的

1、验证基尔霍夫电流、电压定律和叠加定理。

2、加深对电路中电流、电压参考方向的理解。

二、讲解预习要求

1、熟练掌握基尔霍夫电流、电压定律的内容及应用。

2、熟练掌握叠加定理的内容及应用。

3、学会判别电压和电流实际方向。

4、整理简要的实训步骤。

5、在原始数据记录纸上画好测试数据的表格。

三、试验使用器材

1、万用表（MF47型或MF500型）

2、电流表（T51型）

1只 1只 1台 3、电路分析实验箱（SG6940A）

四、实训原理及说明

1、基尔霍夫电流定律

任何时刻，在电路的任一节点上，所有支路电流的代数和恒等于零，即ΣI=0。此时若取流出节点的电流为正，则流入节点的电流为负。它反映了电流的连续性，说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

2、基尔霍夫电压定律

任意时刻，沿电路中任一闭合回路绕行一周，各段电压的代数和恒等于零，即ΣU=0。它说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

3、叠加定理

在线性电路中，当有几个电源共同作用时，各支路的电流（或电压）等于各独立源分别单独作用时在该支路产生电流（或电压）的代数和。若不作用的是电压源US时（即US=0），在US处用短路线代替；当不作用的是电流源I（，S即IS=0）在IS处用开路代替。

4、电流和电压的参考方向

图8-1 电压和电流的参考方向

在图8-1中，假定电流的参考方向是从A流向B，电流表的正负极的连接方式如图所示（电流从电流表的正极流入，负极流出），若电流表指针正向偏转，则该电流为正值（即电流的实际方向与参考方向一致）；若电流表指针反向偏转，需将电流表的正、负极接线交换后读取数据，电流I即为负值（即其参考方向与实际方向相反）。同样，电压表测电压UAB，其连接方式如图所示（红表笔接A点，黑表笔接B点）。若电压表指针正向偏转，则电压UAB为正值（即电压的实际方向与参考方向一致）；若电压表指针反向偏转，需将电压表的红、黑表笔交换位置后再读取数据，电压UAB即为负值（即其参考方向与实际方向相反）。

五、内容及步骤

1、按图8-2在电路分析实验箱上的电路基本定律区域接线。取稳压电源输出电压US1=12V，US2=10V，电阻R1=100Ω

，R2=200Ω，R3=50Ω。

USS2

图8-2 验证KCL.KVL和叠加定理的电路图

2、当US1、US2共同作用时，测量表8-1中列出的各电流和电压，并记入表中（注意电流和电压的正、负号）。

3、验证表8-1中列出的节点和回路是否符合KCL、KVL，并将结果记入表中。

表8-1

4、拆除线路中的US2接线后，将线路中的C、D两点直接用导线连接，使电源US1单独作用，测量表8-2中对应的电流和电压的值。

5、拆除线路中的US1接线后，将线路中A、F两点直接用导线连接，使电源US2单独作用，测量表8-2中对应的电流和电压的值。

6、计算验证叠加定理，并将结果记入表中。

【注意事项】

1、线路中电源US不作用，指得是US原来的接线位置短路，切不可将电源US的正负极短路。

2、测量值的正、负是以图8-2中给定的参考方向为基准。

六、报告要求

报告内容包括：实训目的、实训器材、实训原理及说明、实训内容及步骤、数据及误差分析、思考题解答、实训小结等内容。

七、思考题

1、为什么US不作用时，不可以将电源US的正负极直接短路？

2、叠加定理适用于什么条件的电路？