实验一--基尔霍夫电流定律的验证实验.doc

1、实验一 基尔霍夫电流定律的验证实验一、实验目的1、通过实验验证基尔霍夫电流定律，巩固所学的理论知识。2、加深对参考方向概念的理解。二、实验原理1、基尔霍夫定律：基尔霍夫电流定律为 I = 0 ，应用于节点。基尔霍夫定律是分析与计算电路的基本重要定律之一。图 1-1 两个电压源电路图 图 1-2 基尔霍夫电流定律2、基尔霍夫电流定律（Kirchhoff s Current law）可简写为 KCL：基尔霍夫电流定律，在任一瞬时，流向某一节点的电流之和应该等于由该节点流出的电流之和。就是在任一瞬时，一个节点上电流代数和恒等于零。在图 1-1 所示电路中，对节点 a 图 1-2 可以写出I1 + I

2、2 = I3 或 I1 + I2 I 3 = 0即 I = 03、参考方向：为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考，称为参考方向。(1) 若流入节点的电流取正号，则流出节点的电流取负号。(2) 任一回路中，凡电压的参考方向与回路绕行方向一致者，则此电压的前面取正号，电压的参考方向与回路绕行方向相反者，前面取负号。(3) 任一回路中电流的参考方向与回路绕行方向一致者，前面取正号，相反者前面取负号。在实际测量电路中的电流或电压时，当电路中所测的电流或电压的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。三、实验内容及步骤KCL 定律实验即在 EWB 界面上绘制如图 1

3、-3 所示的电路图，通过软件仿真的方法验证 KCL 定律的正确性。对于该电路图来讲，两个直流电源 E1、E 2 共同作用于电路中，设定电流 I1、I 2 为流入结点 a 的方向，电流 I3 为流出结点 a 的方向，根据前述参考方向的定义，在列写 KCL 方程时，I 1、I 2、I 3 前分别应取“+” 、 “+”、 “”号，则对结点 a 列KCL 方程可得： I =I1 + I2I 3=0（上式中的 I1、 I2、I 3 分别对应图上 R1、R 2、R 3 支路的电流）故若用电流表测得的电流值符合上式，则 KCL 定律得证。图 1-3 基尔霍夫电流定律验证实验电路图实验步骤如下：(1) 打开

4、EWB 软件，选中主菜单 Circuit/Schematic Options/Grid 选项中的 Show grid，使得绘图区域中出现均匀的网格线，并将绘图尺寸调节到最佳。(2) 在 Sources 元器件库中调出 1 个 Ground（接地点）和 2 个 Battery（直流电压源）器件，从 Basic 元器件库中调出 5 个 Resistor（电阻）器件，最后从 Indicators 元器件库中调出 3 个 Ammeter（电流表）器件，按下图所示排列好。(3) 将各元器件的标号、参数值亦改变成与下图所示一致。(4) 将所有的元器件通过连线连接起来。注意：电压源、电流表的正负极性。(5)

5、 检查电路有无错误。(6) 对该绘图文件进行保存，注意文件的扩展名（.ewb ）要保留。(7) 按下 EWB 界面右上方按纽“1”对该保存过的绘图文件进行仿真。(8) 按下 EWB 界面右上方按纽“0”停止仿真，读取电流表的读数，将读数填到相应的表格中。(9) 实验完成后，将保存好的绘图文件另存到教师指定的位置，并结合实验数据完成实验报告的撰写。表 1-1 基尔霍夫电流定律电流测量表测量电流 I1（mA ） I2（mA ） I3（mA ） I = ?（ mA）测量结果四、注意事项1、 每个 EWB 电路中均必须接有接地点，且与电路可靠连接（即接地点与电路的连接处有黑色的结点出现） 。2、 改变

6、电阻的阻值时，需要在 Resistor（电阻）器件的元器件属性（Resistor Properties）对话框中选择 Value/Resistance（R）选项，在其后的框中填写阻值，前一框为数值框，后一框为数量级框，填写时注意两个框的不同。3、 测量直流电流时应该把直流电流表串联在电路中进行测量，EWB 中电流表粗线接线端为电流流入方向，另一个接线端为电流流出方向，使用时应特别注意电流表的极性，即电流流入、流出方向。4、 基于绘图美观的考虑，可将电流表通过工具栏中的“翻转”快捷键调整到与待测器件或支路平行的状态再连线。5、 电流表测量模式选择默认的直流模式，即在 Ammeter（电流表）器件

7、的元器件属性（Ammeter Properties）对话框中选择 Value/mode/DC 选项，另在 Label/Label 对话框中可为电流表命名。6、 绘制好的实验电路必须经认真检查后方可进行仿真。若仿真出错或者实验结果明显偏离实际值，请停止仿真后仔细检查电路是否连线正确、接地点连接是否有误等情况，排除误点后再进行仿真，直到仿真正确、测量得到理想的读数。7、 在读取电流表的读数时，为消除网格线对读数的影响，可取消主菜单Circuit/Schematic Options/Grid 选项中的 Show grid，设置好后将看到绘图区中的网格线已消去，此时即可读数了。8、 记录到表格中的数据

8、即电流表上显示的直接读数， “+”、 “”亦要保留。9、 文件保存时扩展名为“.ewb” 。关闭文件或 EWB 软件后想再次打开保存的文件时，必须打开 EWB 软件后通过主菜单 File/open 选项或者工具栏中的“打开”快捷键来实现。五、实验拓展在前述实验中通过电流表极性的摆放位置固定了 I1 、I 2、I 3 的方向分别是流入、流入、流出结点 a，同学可通过改变电流表极性的位置而改变 I1 、I 2、I 3 流入、流出结点a 的方向，再看看此时如何列写 KCL 方程，是否符合 I =0。六、预习要求1、认真复习基尔霍夫电流定律的基本理论。2、明确实验内容及步骤。七、思考题1、基尔霍夫电流定律的内容是什么？2、在验证基尔霍夫电流定律时，所测得的电流结果与基尔霍夫定律有不完全一致的情况，请问产生这种情况的主要原因是什么？3、在直流电路中如何使用直流电流表，在使用直流电流表时应该注意什么？八、实验报告1、写出实验名称、实验目的、实验内容及步骤。2、画出实验电路图并标出电流的方向。4、填写表格 1-1。5、回答思考题。