电工学少学时 唐介主编 课后习题答案Word格式.docx
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幻灯片4
1.6.1图示电路中,已知US=6V,IS=2A,R1=2,R2=1。
求开关S断开时开关两端的电压U和开关S闭合时通过开关的电流I(不必用支路电流法)。
R1
R2
U
I
I2
[解]设通过R2的电流为I2。
S断开时,I2=IS=2A
选取由US、R2和S组成的回路,利用KVL求得
U=US-R2I2=4V
S闭合时,R2右端电位与US下端电位相同,
R2两端电压等于US,故I2=US/R2=6A
选取右上结点,利用KCL求得I=I2-IS=4A
幻灯片5
1.6.2图示电路中,已知US=6V,IS=2A,R1=R2=4。
求开关S断开时开关两端的电压U和开关S闭合时通过开关的电流I(在图中注明所选的参考方向)。
[解]设所求电压和电流的参考方向如图。
S断开时,U=14V
S闭合时,I=3.5A
幻灯片6
10V
1.6.3求图示电路中通过恒压源的电流I1、I2及其功率,并说明是起电源作用还是起负载作用。
I1
5W
2W
40V
I3
[解]设2电阻上电流为I3,如图。
该电阻与10V恒压源并联,故其上电压为10V,所以
I3=(10/2)A=5A。
右回路:
5I1+2I3-40=0,则I1=6A
或外回路:
5I1+10-40=0,有I1=6A
再用KCL求得I2=I1-I3=1A,
左恒压源的功率P1=240W,由于其电压和电流的实际方向符合电源关联参考方向,故起电源作用;
右恒压源的功率P2=10W,由于其电压和电流的实际方向符合负载关联参考方向,故起负载作用。
幻灯片7
1.6.4求图示电路中恒流源两端的电压U1、U2及其功率,并说明是起电源作用还是起负载作用。
5A
U1
U2
1A
U3
[解]
设2电阻上电流为I,5电阻两端电压为U3如图。
左恒流源的功率P1=40W,起电源作用;
右恒流源的功率P2=3W,起负载作用。
幻灯片8
1.6.5试分析图示两电路中:
(1)图(a)中的理想电压源在R为何值时既不取用也不输出电功率?
在R为何范围时输出电功率?
在R为何范围时取用电功率?
而理想电流源处于何种状态?
(2)图(b)中的理想电流源在R为何值时既不取用也不输出电功率?
在R为何范围时输出电功率?
而理想电压源处于何种状态?
1V
[解](a)当R=1时理想电压源既不取用也不输出电功率;
R<
1时,理想电压源输出电功率;
R>
1时,理想电压源取用电功率。
而理想电流源始终起电源作用。
(b)当R=1时理想电流源既不取用也不输出电功率;
R>
1时,理想电流源输出电功率;
R<
1时,理想电流源取用电功率。
而理想电压源始终起电源作用。
幻灯片9
IS1
IS2
R3
R4
I4
1.6.6图示电路已知US=4V,IS1=1A,R1=2,R2=5,R3=2,R4=4。
试根据题1.5.1
总结出的规律将电路简化后求出I4;
根据题1.6.5总结出的规律,分析
IS2输出和取用电功率的条件。
I4=1A
当IS2>
2A时,IS2起电源作用,输出电功率。
当IS2<
2A时,IS2起负载作用,取用电功率。
幻灯片10
1.7.1用支路电流法求图中各支路电流,并说明US1和US2是起电源作用还是起负载作用。
图中US1=12V,US2=15V,R1=3,R2=1.5,R3=9。
US1
US2
[解]各支路和结点标于图中。
结点a:
I1+I2-I3=0
回路:
R2I2+R3I3-US2=0
回路:
R1I1+R3I3-US1=0
联立方程,解得:
I1=-0.2AI2=1.6AI3=1.4A
幻灯片11
1W
3A
1.7.2用支路电流法求图中各支路电流。
I1-I2-I3=0
结点b:
I3-I4-IS=0
R1I1+R2I2-US=0
-R2I2+R3I3+R4I4=0
(注意选取回路时避开理想电流源所在支路)
I1=2.5AI2=0.5AI3=2AI4=-1A
幻灯片12
3W
1.8.1用叠加原理求图示电路中的电流I1和I2。
I’’2
I’’1
恒压源单独作用:
I’2
I’1
恒流源单独作用:
幻灯片13
35V
7A
4W
1.8.2用叠加原理求图示电路中的电流I。
恒流源单独作用
I’
恒压源单独作用
I’’
幻灯片14
1.8.3在图示电路中,当US=16V时,Uab=8V,试用叠加原理求US=0时的Uab。
[解]恒压源US=16V单独作用时,
Uab
则US=0时Uab的值可记做U’’ab应为三个电源共同作用的结果减去恒压源单独作用的结果:
幻灯片15
1.8.4图示电路中,R2=R3。
当IS=0时,I1=2A,I2=I3=4A。
求IS=10A时的I1、I2和I3。
[解]恒流源IS=10A单独作用时,
I’3
则三个电源共同作用时:
幻灯片16
1.8.5图示的虚线方框内是一个由线性电阻组成的任意的无源电路,现已知US=6V时,通过R的电流为5A。
若将US增加到12V,问通过R的电流是多少?
线性无源电路
[解]US的数值加倍则流通过R的电流亦应加倍,
即为10A。
幻灯片17
1.9.1用戴维宁定理求图示电路中通过理想电压源的电流。
图中US=10V,IS1=3A,IS2=5A,R1=2,R2=3,R3=4。
[解]
UOC
将待求支路提出,剩下一有源二端网络,其开路电压UOC为21V。
有源二端网络的除源等效电阻RO为5W。
R0
UeS
用等效电压源代替有源二端网络,电流I为6.2A。
幻灯片18
1.9.2用戴维宁定理求图示电路中理想电流源两端的电压。
将待求支路提出,剩下一有源二端网络,其开路电压UOC为1V。
有源二端网络的除源等效电阻RO为0.667W。
用等效电压源代替有源二端网络,UI为1V。
UI
幻灯片19
1.9.3用戴维宁定理求图示电路中的电流I2。
将待求支路提出,剩下一有源二端网络,其开路电压UOC为20V。
有源二端网络的除源等效电阻RO为2W。
用等效电压源代替有源二端网络,I2为4A。
幻灯片20
1.9.4用诺顿定理求图示电路中的电流I3。
用等效电流源代替有源二端网络,I3为1.4A。
ISC
有源二端网络的除源等效电阻RO为1W。
将待求支路提出,剩下一有源二端网络,其等效电流源ISC为14A。
幻灯片21
I/A
U/V
1
2
3
4
5
1.10.1某非线性电阻的伏安特性如图示,已知该电阻两端的电压为3V,求通过该电阻的电流及静态电阻和动态电阻。
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幻灯片22
2.2.1在图所示电路中,开关S闭合前电路已处于稳态,试确定S闭合后电压uC和电流iC、i1、i2的初始值和稳态值。
【解】
(1)求初始值
由于S闭合前,电路已稳定,C相当于开路,i1=IS=1.5A。
因此,根据换路定律,由换路前(S断开时)的电路,首先求得
然后,根据,由换路后(S闭合时)的电路求得
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幻灯片23
(2)求稳态值
由于电路稳定后,C相当于开路。
因此,首先求得
然后,进一步求得
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幻灯片24
2.2.2在图所示电路中,开关S闭合前电路已处于稳态,试确定S闭合后电压uL和电流iL、i1、i2的初始值和稳态值。
【解】
(1)求初始值
由于S闭合前,电路已稳定,
L相当于短路,R2两端的电压等于US,R2中的电流即iL。
幻灯片25
或者
由于电路稳定后,L相当于短路,因此首先求得
幻灯片26
2.2.3在图所示电路中,开关S闭合前电路已处于稳态,C中无储能,试确定S闭合后电压uC、uL和电流i1、iC、iL的初始值和稳态值。
【解】初始值:
稳态值:
幻灯片27
2.3.1在图所示电路原已稳定,在t=0时,将开关S闭合,试求S闭合后的uC和iC。
幻灯片28
【解】本题目是练习利用电阻的串并联来简化电路,求出响应。
根据换路定律和电路稳定时电容相当于开路,由换路前的电路求得换路后电容经R3及R1与R2的并联电阻放电,响应为零输入响应。
电路可简化为图所示,其中等效电阻设电路的时间常数所以
幻灯片29
2.3.2在图所示电路原已处于稳态,在t=0时,将开关S闭合,试求响应uC和iC,并说明是什么响应?
幻灯片30
【解】本题目是为了练习利用戴维宁定律将电路简化后求响应。
由于换路前电容无储能,故uC(0)=0,响应为零状态响应。
将换路后电路中的电容支路提出,使余下电路成为有源二端网路,利用戴维宁定理,将原电路变为图所示电路,由戴维宁定理求得
电路的时间常数
则
幻灯片31
2.3.3图所示电路原已稳定,求开关S闭合后的响应uC和i1、i2,并画出其变化曲线。
幻灯片32
【解】本题目与上题相同,只是响应为零状态响应。
换路前电容未储能,uC(0)=0。
将换路后电路中电容提出,用戴维宁定理将剩下的有源二端网路化简为等效电压源,则换路后电路可化简为如图所示。
其中
所以
幻灯片33
uC、i1、i2的变化曲线见图
幻灯片34
2.3.4图所示电路中电容原先未充电。
在t=0时将开关S1闭合,t=0.1s时将开关S2闭合,试求S2闭合后的响应uR1,并说明是什么响应。
幻灯片35
【解】此题目与上题相同,只是该电路两次换路,第二次换路(S2闭合)时uC的初始值应等于第一次换路(S1闭合)后uC在t=0.1s时数值。
t在0~0.1s时,电路为图(a)所示,且uC(0)=0。
t=0.1s时,S2合上,则
幻灯片36
t=0.1s换路后电路可化简为图(b)所示
此为全响应
幻灯片37
2.4.1图所示电路原已稳定。
在t=0时将开关S从a端换接到b端。
试求换路后的响应iL和uL。
幻灯片38
【解】此题目与2.3.1相同,只是将C改为L。
根据换路定律和电路稳定时电感相当于短路,由换路前的电路得换路后电感经串联电阻放电,响应为零输入响应,设电路的时间常数所以
幻灯片39
2.4.2图所示电路原已处于稳态。
试求S闭合后的i2、iL和uL,并画出其变化曲线。
幻灯片40
【解】此题目与2.3.2相同,只是将C改为L。
换路前电感无储能,iL(0)=0,响应为零状态响应。
将换路后电路中的电感支路提出,使余下电路成为有源二端网路,用戴维宁定理将原电路变为图所示电路,其中:
幻灯片41
iL、uL、i2的波形见图
幻灯片42
2.4.3图所示电路原已处于稳态。
在t=0时将开关S从a端改合到b端。
试求换路后的iL和uL,并说明是什么响应。
幻灯片43
【解】此题目与上题相同,只是响应改为全响应。
首先根据换路定律,由换路前的电路求得然后将换路后的电路用戴维宁定理简化成图(b)所示电路,其中所以电路的时间常数则
此响应应属全响应。
幻灯片44
2.5.1图所示电路原已处于稳态。
试用三要素法求开关S闭合后的uL和uR。
【解】
由换路后的电路知
幻灯片45
2.5.2图所示电路原已处于稳态。
试用三要素法求S闭合后的uC。
幻灯片46
2.5.3图所示电路原已处于稳态,在t=0时,将开关S断开,试用三要素法求换路后的uC和iC。
【解】
幻灯片47
2.5.4图所示电路原已处于稳态。
试用三要素法求开关S断开后的iL和uL。
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幻灯片48
3.1.1已知某负载的电流和电压的有效值和初相位分别是2A、-;
36V、,频率均为50Hz。
(1)写出它们的瞬时值表达式;
(2)画出它们的波形图;
(3)指出它们的幅值、角频率以及二者之间的相位差。
【解】本题目的是为了熟悉正弦交流电的三要素。
图3.5
(1)
(2)波形图如图3.5所示。
返回
幻灯片49
(3)幅值角频率相位差
电流314rad/s
电压314rad/s(u超前于i)
j=ψu-ψi=
幻灯片50
3.2.1已知某正弦电流当其相位角为时,其值为5A,
则该电流的有效值是多少?
若此电流的周期为10ms,且在
t=0时正处于正值过渡到负值时的零值,写出电流的瞬时
值表达式i和相量。
【解】本题目的仍是为了熟悉正弦交流电的三要素。
设i=Imsin(ωt+ψ)A
5A=ImsinA=0.5ImA
Im=A=10A
50.5
故
I==A=7.707A
Im
√2
10
幻灯片51
幻灯片52
3.2.2已知A=8+j6,。
求
(1)A+B;
(2)A-B;
(3);
(4);
(5)jA+B;
(6)。
【解】本题目的是为了熟悉复数运算。
∵
幻灯片53
幻灯片54
3.3.1在图3.6(教材图3.01)所示电路中,已知求电源的频率和电压分别为50Hz、100V和1000Hz,100V两种情况下,开关S合向a、b、c位置时电流表的读数,并计算各元件中的有功功率和无功功率。
图3.6
【解】本题目的是为了熟悉R、C、L
在交流电路中的作用,即熟悉单一参数交流电路。
当f=50Hz、U=100V时S合向a:
幻灯片55
S合向b:
S合向c:
当f=1000Hz、U=100V时S合向a:
幻灯片56
S合向c:
幻灯片57
3.4.1在图3.7(教材图3.02)所示电路中,三个照明相同,,试问接于交流电源上时,照明灯的亮度有什么不同?
若该接到电压相同的直流电源上,稳定后,与接交流电源时相比,各照明灯的亮度有什么变化?
【解】本题的目的有二:
一是熟悉R、C、L三者在交直流电路中的作用有何不同;
二是熟悉它们在交直流电路中的分析方法有何不同。
图3.7
照明灯的亮度取决于它们消耗的电功率的大小。
由于照明灯是电阻性元件且三个照明灯相同,即它们的电阻相同,功率,因而可以比较三者电路的大小即可判断出它们的亮度。
幻灯片58
接交流电源时
显然,,故照明灯B和C亮度相同且比A亮。
接直流电源时
幻灯片59
(C开路)
(L短路)
显然,与接交流电源时相比,IA不变,A亮度不变,IB为零,