基尔霍夫定律的验证

实验五　基尔霍夫定律的验证

一、实验目的

1．验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。

2．学会测定电路的开路电压与短路电流；加深对电路参考方向的理解。

二、实验内容

计算并验证基尔霍夫定理。

三、实验仪器与设备

四、实验原理

基尔霍夫定律是电路理论中最基本也是最重要的定律之一，它概括了集总电路中电流和电压分别应遵循的基本规律。

基尔霍夫电流定律（KCL）：在集总电路中，任何时刻，对于任一节点，所有支路的电流代数和恒等于零，即

基尔霍夫电压定律（KVL）：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路的电压代数和恒等于零，即

电路中各个支路的电流和支路的电压必然受到两类约束，一类是由元件本身造成的约束，另一类是由元件相互连接关系造成的约束，基尔霍夫定律表述的是第二类约束。

在电路理论中，参考方向是一个重要的概念，它具有重要的意义。在电路中，往往不知道某一个元件两端电压的真实极性或流过电流的真实流向，只有预先假定一个方向，这个方向就是参考方向。在测量或计算中，如果得出某个元件两端电压的极性或电流的流向与参考方向相同，则把该电压值或电流值取为正值；否则把该电压或电流取为负值，表示电压的极性或电流的流向与参考方向相反。

五、实验注意事项

1．验证KCL、KVL时，电流源的电流及电压源两端电压都要进行测量，实验中给定的已知量仅作参考。

2．防止电源两端碰线短路。

3．使用电流测试线时，将电流插头的红接线端接电流表“＋”端，电流插头的黑接线端接电流表“－”端。

4．使用数字直流电压表测量电压时，红表笔端接入被测电压参考方向的正（＋）端，黑表笔端插入被测电压参考方向的负（－）端，若显示正值，则表明电压参考方向与实际方向一致；若显示负值，表明电压参考方向与实际方向相反。

5．使用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“＋”、“－”极性。倘若不知极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），必须调换电流表的极性，重新测量。此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。

六、实验内容与步骤

图4－16　基尔霍夫定理的验证

1．实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图4－16中的I₁、I₂、I₃所示。

2．分别将两路直流稳压电源接入电路，令U_S1＝6V，U_S2＝12V。

3．将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，红接线端接电流表“＋”端，电流插头的黑接线端接电流表“－”端。选择合适的电流表挡位，记录电流值到表4－15。

4．用直流数字电压表分别测量两路电源输出电压及电阻元件上的电压值，并记录到表4－15。

5．将测得的各电流、电压值分别代入计算并验证基尔霍夫定律，作出必要的误差分析。

表4－15　基尔霍夫定理实验数据

七、实验报告要求

1．根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。

2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

3．回答实验思考题2。

八、实验思考题

1．根据图4－16的电路参数，计算出待测电流I₁、I₂、I₃和各电阻上的电压值，记入表4－15中，以便测量时，可正确选择毫安表和电压表的量程。

2．实验中，若用指针式万用表直流毫安挡测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏？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，又会有什么显示呢？