實驗五 電路實驗　基爾霍夫定律的驗證

一、實驗目的

1．驗證基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定律（KVL）。

2．學會測定電路的開路電壓與短路電流；加深對電路參考方向的理解。

二、實驗內(nèi)容

計算并驗證基爾霍夫定理。

三、實驗儀器與設(shè)備

四、實驗原理

基爾霍夫定律是電路理論中最基本也是最重要的定律之一，它概括了集總電路中電流和電壓分別應遵循的基本規(guī)律。

基爾霍夫電流定律（KCL）：在集總電路中，任何時刻，對于任一節(jié)點，所有支路的電流代數(shù)和恒等于零，即

基爾霍夫電壓定律（KVL）：在集總電路中，任何時刻，沿任一回路，所有支路的電壓代數(shù)和恒等于零，即

電路中各個支路的電流和支路的電壓必然受到兩類約束，一類是由元件本身造成的約束，另一類是由元件相互連接關(guān)系造成的約束，基爾霍夫定律表述的是第二類約束。

在電路理論中，參考方向是一個重要的概念，它具有重要的意義。在電路中，往往不知道某一個元件兩端電壓的真實極性或流過電流的真實流向，只有預先假定一個方向，這個方向就是參考方向。在測量或計算中，如果得出某個元件兩端電壓的極性或電流的流向與參考方向相同，則把該電壓值或電流值取為正值；否則把該電壓或電流取為負值，表示電壓的極性或電流的流向與參考方向相反。

五、實驗注意事項

1．驗證KCL、KVL時，電流源的電流及電壓源兩端電壓都要進行測量，實驗中給定的已知量僅作參考。

2．防止電源兩端碰線短路。

3．使用電流測試線時，將電流插頭的紅接線端接電流表“＋”端，電流插頭的黑接線端接電流表“－”端。

4．使用數(shù)字直流電壓表測量電壓時，紅表筆端接入被測電壓參考方向的正（＋）端，黑表筆端插入被測電壓參考方向的負（－）端，若顯示正值，則表明電壓參考方向與實際方向一致；若顯示負值，表明電壓參考方向與實際方向相反。

5．使用指針式電流表進行測量時，要識別電流插頭所接電流表的“＋”、“－”極性。倘若不知極性，則電表指針可能反偏（電流為負值時），必須調(diào)換電流表的極性，重新測量。此時指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負號。

六、實驗內(nèi)容與步驟

圖4－16　基爾霍夫定理的驗證

1．實驗前先任意設(shè)定三條支路的電流參考方向，如圖4－16中的I₁、I₂、I₃所示。

2．分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令U_S1＝6V，U_S2＝12V。

3．將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插座中，紅接線端接電流表“＋”端，電流插頭的黑接線端接電流表“－”端。選擇合適的電流表擋位，記錄電流值到表4－15。

4．用直流數(shù)字電壓表分別測量兩路電源輸出電壓及電阻元件上的電壓值，并記錄到表4－15。

5．將測得的各電流、電壓值分別代入計算并驗證基爾霍夫定律，作出必要的誤差分析。

表4－15　基爾霍夫定理實驗數(shù)據(jù)

七、實驗報告要求

1．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選定實驗電路中的任一個節(jié)點，驗證KCL的正確性。

2．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選定實驗電路中的任一個閉合回路，驗證KVL的正確性。

3．回答實驗思考題2。

八、實驗思考題

1．根據(jù)圖4－16的電路參數(shù)，計算出待測電流I₁、I₂、I₃和各電阻上的電壓值，記入表4－15中，以便測量時，可正確選擇毫安表和電壓表的量程。

2．實驗中，若用指針式萬用表直流毫安擋測各支路電流，什么情況下可能出現(xiàn)毫安表指針反偏？應如何處理？在記錄數(shù)據(jù)時應注意什么？若用直流數(shù)字毫安表進行測量時，又會有什么顯示呢？