基爾霍夫定律的驗證--電工基本實驗

一．實驗目的
1．驗證基爾霍夫定律，加深對基爾霍夫定律的理解。
2．掌握直流電流表的使用以及學會用電流插頭、插座測量各支路電流的方法。
3．學習檢查、分析電路簡單故障的能力。
二．原理說明
基爾霍夫定律：
基爾霍夫電流定律和電壓定律是電路的基本定律，它們分別描述結點電流和回路電壓，即對電路中的任一結點而言，在設定電流的參考方向下，應有ΣI ＝0。一般流出結點的電流取負號，流入結點的電流取正號；對任何一個閉合回路而言，在設定電壓的參考方向下，繞行一周，應有ΣU ＝0，一般電壓方向與繞行方向一致的電壓取正號，電壓方向與繞行方向相反的電壓取負號。
在實驗前，必須設定電路中所有電流、電壓的參考方向，其中電阻上的電壓方向應與電流方向一致，見圖3－1所示。
三．實驗設備
1．直流數字電壓表、直流數字電流表；
2．恒壓源（雙路0～30V可調）；
四．實驗內容
實驗電路如圖3－1所示，圖中的電源U_S1用恒壓源I路0～＋30V可調電壓輸出端，并將輸出電壓調到＋6V，U_S2用恒壓源II路0～＋30V可調電壓輸出端，并將輸出電壓調到＋12V（以直流數字電壓表讀數為準）。開關S₁ 投向U_S1 側，開關S₂ 投向U_S2 側，開關S₃ 投向R₃側。

實驗前先設定三條支路的電流參考方向，如圖中的I₁、I₂、I₃所示，并熟悉線路結構，掌握各開關的操作使用方法。
1．熟悉電流插頭的結構，將電流插頭的紅接線端插入數字電流表的紅（正）接線端，電流插頭的黑接線端插入數字電流表的黑（負）接線端。
2．測量支路電流
將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插座中，讀出各個電流值。按規定：在結點A，電流表讀數為‘＋’，表示電流流入結點，讀數為‘－’，表示電流流出結點，然后根據圖3－1中的電流參考方向，確定各支路電流的正、負號，并記入表3－1中。
表3－1   支路電流數據

支路電流(mA)	I1	I2	I3
計算值
測量值
相對誤差

3．測量元件電壓
用直流數字電壓表分別測量兩個電源及電阻元件上的電壓值，將數據記入表3－2中。測量時電壓表的紅（正）接線端應插入被測電壓參考方向的高電位端，黑（負）接線端插入被測電壓參考方向的低電位端。
表3－2 各元件電壓數據

各元件電壓（V）	US1	US2	UR1	UR2	UR3	UR4	UR5
計算值（V）
測量值（V）
相對誤差

五．實驗注意事項
1．所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數為準，不以電源表盤指示值為準。
2．防止電源兩端碰線短路。
3．若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，倘若不換接極性，則電表指針可能反偏而損壞設備（電流為負值時），此時必須調換電流表極性，重新測量，此時指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負號。
六．預習與思考題
1．根據圖3－1的電路參數，計算出待測的電流I₁、I₂、I₃和各電阻上的電壓值，記入表3－2中，以便實驗測量時，可正確地選定毫安表和電壓表的量程；
2．在圖3－1的電路中，A、D兩結點的電流方程是否相同？為什么？
3．在圖3－1的電路中可以列幾個電壓方程？它們與繞行方向有無關系？
4．實驗中，若用指針萬用表直流毫安檔測各支路電流，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，則會有什么顯示呢？
七．實驗報告要求
1．回答思考題。
2．根據實驗數據，選定實驗電路中的任一個結點，驗證基爾霍夫電流定律（KVL）的正確性。
3．根據實驗數據，選定實驗電路中的任一個閉合回路，驗證基爾霍夫電壓定律（KCL）的正確性。
4．列出求解電壓U_EA和U_CA的電壓方程，并根據實驗數據求出它們的數值。
5．寫出實驗中檢查、分析電路故障的方法，總結查找故障的體會。