实验一基尔霍夫电流定律的验证实验

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Σ 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 + I2 = I3

或

I1 + I2 －I3 = 0

即

Σ I = 0

3、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、E2共同作用于电路中，设定电流I1、I2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，I1、I2、I3前分别应取“+”、“+”、“－”号，则对结点a列KCL

方程可得：

Σ I =I1 + I2－I3=0

（上式中的I1、I2、I3分别对应图上R1、R2、R3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) 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

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 、I2、I3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 、I2、I3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Σ 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。