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、實驗內容

計算并驗證基爾霍夫定理。

三、實驗儀器與設備

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，對于任一節點，所有支路的電流代數和恒等于零，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、實驗內容與步驟

圖4－16　基爾霍夫定理的驗證

1．實驗前先任意設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據

七、實驗報告要求

1．根據實驗數據，選定實驗電路中的任一個節點，驗證KCL的正確性。

2．根據實驗數據，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．根據圖4－16的電路參數，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毫安表指針反偏？應如何處理？在記錄數據時應注意什么？若用直流數字毫安表進行測量時，又會有什么顯示呢？