第八讲 稳恒电路8.docx

上传人:b****6 文档编号:6622435 上传时间:2023-01-08 格式:DOCX 页数:13 大小:188.54KB
下载 相关 举报
第八讲 稳恒电路8.docx_第1页
第1页 / 共13页
第八讲 稳恒电路8.docx_第2页
第2页 / 共13页
第八讲 稳恒电路8.docx_第3页
第3页 / 共13页
第八讲 稳恒电路8.docx_第4页
第4页 / 共13页
第八讲 稳恒电路8.docx_第5页
第5页 / 共13页
点击查看更多>>
下载资源
资源描述

第八讲 稳恒电路8.docx

《第八讲 稳恒电路8.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第八讲 稳恒电路8.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。

第八讲 稳恒电路8.docx

第八讲稳恒电路8

第八讲稳恒电路

一、竞赛内容提要:

1、欧姆定律,电阻率和温度的关系;2.电功和电功率;3.电阻的串,并联;4.电动势,闭合电路的欧姆定律;5.一段含源电路的欧姆定律;6.电压表、电流表、欧姆表;7.惠斯通电桥,补偿电路;8.欧姆电路的微观解释;9.液体中的电流,法拉弟电解定律;10.气体中的电流,被激放电和自激放电(定性);11.真空中的电流,示波器;12.半导体的导电性,P型半导体和N型半导体;13.晶体二极管的单向导电性,三极管的放大作用(不要求机理)。

二、扩充的知识

(一)部分电路的欧姆定律

1.电流强度:

,I是标量,正电荷定向移动方向规定为I方向。

2.电阻定律:

R=ρL/s,适用条件:

粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液,通常

与温度有关。

分别为0ºC和tºC的电阻率,

为电阻率的温度系数,通常t↑→ρ↑(如灯丝,“220V60W”灯泡灯丝的冷电阻只有几十欧,但其工作电阻为807Ω),

但半导体和绝缘体当t↑时→ρ↓。

有些金属或化合物温度接近0K时,其ρ→0,这种现象叫超导。

如图a是灯丝的I-U特性曲线,图b是二极

管的I-U图线。

3.欧姆定律,4.电功和电热(略)

例1,电阻丝无限网络如图所示,每一段金属丝电阻均为r,试求A,B两点间的等效电阻RAB。

 

例2.有一个内阻及损耗都不计的直流发电机,其定子的磁场恒定,先把它的一个电枢线圈与R连接,再在电机转子上缠绕足够长的轻绳,绳下端悬挂一质量为m的重物,重物以V1速度匀速下降,现将一个不计内阻,电动势为ε的电源接入电路,悬挂重物不变,最后重物以V2匀速上升,求V2。

 

例3.把一个“10V,2W”的用电器A(纯电阻)接至某一ε、γ不变的电源中去,PA=2W,换上另一个“10V、5W”的用电器B(纯电阻),接到同一电源中去,有无可能PB<2W?

若有,求出条件,设R不随t变。

例4.求如图(a)、(b)中,R上得到的最大功率。

 

(二)含源电路的欧姆定律:

1.含源电路的欧姆定律。

如图,A、B间的电路是一段

含源电路,对于含源电路的电源,可分解为两部分:

一部分

是没有内阻的理想电源,其正极电势比负极高ε,另一部分为内阻r,顺着电流方向电势降低Ir,所以,上图所示电路中电流与电压之间的关系为:

将上式变换写成:

UA-UB=-ε1+ε2+I(r1+R+r2)

2.闭合电路的欧姆定律,若将上图所示电路中的

A、B两点用导线连接,如右图,则

UA+ε1-Ir1-IR-ε2-Ir2=UA,即ε1-ε2=I(R+r1+r2),I=

=

此即全电路的欧姆定律。

3.叠加原理,在电路中如果有多个电源存在,则通过电路中任一支路的电流,等于各个电动势单独存在时,通过该支路电流的代数和。

4.基尔霍夫方程组:

回路电压方程和节点电流定律。

对于简单电路,可以用电阻的串、并联公式将其简化成一个无分支的闭合电路,再用闭合电路的欧姆定律可使问题迎刃而解,但对复杂电路,就不能用上述方法求解了,求解复杂电路的基本公式是基尔霍夫定律。

(1)基尔霍夫第一定律称节点电流定律:

对于电路中任一节点(三条支路以上汇合点),流进节点的电流等于从节点中流出的电流。

对于电路中每一个节点,都可列一个电流方程,但当电路中有n个节点时只有n-1个节点方程是独立的。

(2)基尔霍夫第二定律称回路电压方程,对于电路中任一闭合回路,从该回路任一点出发,沿着回路再回至该点,电势的升降总和为零。

例5.求如图电路中的UA-UB,UA-UC,UB-UC。

 

例6.如图所示电路中C1=4.7×10-3F,C2=9.4×10-3F,

R1=5KΩ,R2=1KΩ,ε=6V,内阻不计,先合上K1,经一

段时间后再合上K2,在合上K2过程,通过K2的电量为多少?

 

例7.如图所示电路,电源内阻不计,当电动势ε1减

小1.5V以后

(1),怎样改变电动势ε2,使流经电池ε1的电

流强度与ε1改变前流经ε1的电流强度相同

(2)使流经ε2

的电流强度与ε1改变前流经ε2的电流相同。

 

例8.如图,已知

,求各支路的电流。

 

(三)电表的改装

一般电表的表头只能用于测量微弱的电流(几十μA~几mA),在实际使用中可将表头改装成不同用途的电表。

1.将表头改装成电流表,如图,在表头两端并入几个

分流电阻,可改装成不同量程的安培表。

如接在OI1间,则

(I1-Ig)R1=Ig(rg+R2)≈Igrg,由此可确定R1的大小,例如,

I1=nIg,则R1=rg/(n-1),∵(I2-Ig)(R1+R2)=Igrg,∴I2

2.将表头改装成电压表,如图,在表头中串入几个分压电阻,就可改装成量程不同的电压表,图中,V1=Ig(rg+R1),V2=Ig(rg+R1+R2),显见,V2>V1。

3.把表头改装成欧姆表(略)

例9.如图所示电路中,有50个毫安表A1-A50

(相同的)和50个相同的伏特表V1-V50,第一个

伏特表的读数为V1=10.0V,第1个毫安表的读数

I1=10.1mA,第二个毫安表的读数I2=9.0mA,根据这些数据确定所有伏特表示数的总和是多少?

 

例10.实验室有一个破损的多量程,动圈式直流电流计,有1mA,10mA,100mA三档,由一个单刀三掷开关转换,其内部电路如图,电流计的表头已烧坏,无法知道其电特性,但三个精密电阻完好,测得R1=144Ω。

现有两个表头A和B,外形与原表头相同,表头A的满刻度电流为0.2mA,内阻为660Ω,表头B的满度电流为0.5mA,内阻为120Ω,问在保留分流电阻R1、R2、R3情况下,应该用哪个表头修复此电流计?

怎样修复?

 

(四)惠斯通电桥和补偿电路

1.惠斯通电桥,如右图电路为惠斯通电桥,图中R1、R2,R3、Rx分别为电桥的臂,Rx为待测电阻,G为灵敏电流计,其原理为:

闭合K后,调节R3,使G中电流为零,则B、D等电势,I1R1=I3R3

(1),I2R2=IxRx

(2)。

且I1=I2、I3=Ix,

,可得

电桥测电阻的精度比用欧姆计或伏安法要好,检流计灵敏度越高,电压越高,测量结果越准确。

采用电桥法测电阻,可避免电表内阻和电源内阻及电源ε变化对测量的影响。

2.补偿电路,是一种精确地测定电压、电动势、电阻、电流的电路,用于测电动势,电压时叫电势差计。

如图是滑线式电势差计,ε是供电电源,εs是电动势已知的标准电池,εx是待测电动势电池,AB是一条均匀电阻丝,C是滑动触头,测量时,先将K板向1,调节C位置,使UAC=εs,且AC长为L,再将K板向2,调触头到C′位置,使UAC′=εx(G表示数零),AC′相距L′,则

,∴εx=L′εs/L。

例11.如图所示电路中,已知ε=24V,ε1=6V,内阻

均不计,R1=10Ω,R3=60Ω,R4=20Ω,R5=40Ω,检流计

的示数为零,求R2=?

 

例12.有n个接线柱,任意两个接线柱之间都接有一个电阻R,求任意两个接线柱之间的电阻。

 

例13.有两百个电阻如图连接,不计导线电阻,现将ε,r已知的电源从任意两个Pi,Pj点接入,然后将任一未接电源的Pk点切断,发现流过电源的电流在Pk点切断前后相等,求这二百个电阻间应有什么普遍关系?

AB线与CD线间的电压是多少?

 

例14.如图是测量灵敏电流表G的电阻Rg的一个实验电路,P、R、S为阻值已知的电阻,Q为电阻箱,调节Q使电键K不论接通或断开,G表的指示都不发生变化。

(1)试求Rg;

(2)已知电源电动势ε,内阻不计,试求流过G的电流。

 

(五)物质的导电性

1.金属中的电流,金属中有大量自由电子,室温下作无规则热运动速率为105m/s数量级,当导体两端加上电压后,电子在热运动的基础上又作定向移动,设单位体积内自由电子数密度为n,电子定向移动速率为v,导体横截面积为S,则I=Q/t=Ne/t=n(vtS)e/t=neSv。

电子定向移动的速率约为10-4m/s数量级。

2.液体中的电流;3.气体中的电流;4.真空中的电流。

(自看)

(六)半导体的导电性(自看,要求掌握:

二极管的单向导电性,

二极管的伏安特性曲线(P275),三极管的放大作用)。

三、方法和技巧。

(一)微元法

例15.如图,一段长为L,横截面积为S的均匀导体,其电阻率与图中x的关系是ρ=ρ0(1+x/L),求这段导体的电阻。

 

例16.如图,R1=R3=R,R2=2R,C1=C2=C,求当MN间加上电压U后通过R3的电量。

 

(二)等效法

例17.如图所示,R1=1.2Ω,R2=4Ω,ε=6V,r=1Ω,问

(1)变阻器R调到多大时,变阻器消耗的功率最大?

是多少?

(2)R调到多大时,R1上消耗的功率最大?

是多少?

 

例18.某电路有8个节点,每两个节点间都连有一个阻值为2Ω的电阻,在此电路的任两个节点间加上10V电压,求此电路的总电流及电阻上消耗的总功率。

 

(三)对称法

例19.如图所示电路,求电路的总电阻。

 

例20.无穷电阻丝方格网络,网中每一小段电阻丝的电阻均为R,求相邻两节点A、B间的总电阻。

 

例21.用均匀电阻丝作成的正方形回路如图,小正方形每边电阻r=8Ω,

(1)在A、B间接入电池,ε=5.7V,r内=0,求流过电池的Ⅰ;

(2)若用导线连接C、D,求通过此导线的电流(略去导线电阻)。

 

例22.如图所示立方形电路,每条边电阻都是R,

(1)求AG之间的电阻RAG,

(2)求RAF;(3)求RAE。

 

例23.如图每个电阻都是R,求RAB。

 

例24.如图,求RAB。

 

例25.六个外形相同的电阻,连接如图,已知其中5个电阻的阻值均精确地等于2Ω,另一个电阻则与2Ω有明显的差异,用欧姆表对图示电路测量三次,就可以找出这个与众不同的电阻,试扼要说明测量方法和依据。

 

(四)穷举法

例26.如图电路,安培表A1、A2的读数分别为0.2A,0.3A,当电路中的某两个电阻互换后,两个安培表的读数却不变,求通过电池的电流。

(电池内阻,安培表内阻不计)

 

例27.如图所示电路,ε=10V,内阻不计,各个电阻的阻值都是1Ω,其中两个r是好电阻,r1,r2,r3是坏电阻,它们互不关联地时通时断,各自通、断的几率都是

,求电源的平均输出功率(r1,r2,r3通电时电阻仍为1Ω)。

 

例28.有7个外形相同的电阻,其中6个阻值相同,请按下面提供器材和操作限制,找出不同电阻,并指出其阻值偏大或偏小,要求画出电路图,实验器材有:

电池,可用来判断电流方向的电流表(零刻度在正中),导线。

电表使用不能超过三次。

 

(五)递推法

例29.如图所示电路网络,每个电阻的阻值均为R,

(1)在CD间接上一个多大的电阻Rx,可使A、B间的总电阻与格数无关?

总电阻是多少?

(2)当格数无限增加时,A、B间总电阻是多少?

(3)若上述网络是双边无限网络,求Rmn,RmL。

(4)若网络是单边无限的,在AB端接一电源ε、内阻r=R,求第n个方格每边电阻上的电流。

 

(六)发现隐含条件

例30.有一条长350km的海底电缆AB,现发现其绝缘外皮损伤而导致绝缘性能变坏,为探查受损地点,现作如下测量:

(1)使B端开路,在A端与地之间接入电动势为200V的电池(电池内阻和接地电阻均不计),测得B端对地电压为40V;

(2)使A端开路,在B端与地之间接入电动势为200V的电池,测得A端对地电压为50V,试计算破损地点与A端的距离。

 

例31.欲测电阻R的值,现有几个标准电阻,一个电池和一个未经标定的电流计,连成如图所示电路,第一次与电流表并联的r=50.00Ω,电流计的示度为3.9格,第二次r改用100.00Ω,电流计的示数为5.2格,第三次r改用10.00Ω,同时将待测电阻R换成一个20.00kΩ的电阻,结果电流计的示度为7.8格,已知电流计的示数与通过的电流成正比,求电阻R的值。

 

(七)数学方法

例32.如图是伏安法测电源电动势和内电阻的一种接法,假设测量中所有的偶然误差都已排除,试分析这种测法电动势与内电阻测得值与真实值的关系。

 

例33.电动势分别为ε1,ε2…εn,内阻分别为r1,r2…rn的n个电池并联,用一个电动势为ε,内阻为r的电池来代替,使流过任意阻值为R的电阻的电流相同,如图,试求ε1,ε2…,εn,r1,r2,…rn的关系。

 

例34.如图电路,图a为分压控制电路,图b为限流控制电路,RL为负载电阻,R0表示滑动变阻器的总电阻,U表示控制的输出电压,也即负载获得的电压,ε表示电源的电动势,内阻不计。

试分析,这两种控制电路的输出电压特性(设R0中与RL并联部分电阻为Rx)。

 

(八)图象法

例35.一个灯泡的伏安特性曲线如图,将它与一电阻R2=10Ω串联后,接在UAB=8V的电路中,求此时灯泡两端的电压和通过灯泡的电流。

 

例36.如图电路中,两电容相等,即C1=C2=C,两二极管皆为理想二极管,当在a、b端输入如图稳定的方波电压时,画出达到稳定后的UL和UM图。

 

例37.晶体三极管的基极B,发射极E和集电极C的电势分别用UB、UE和UC表示,理想的NPN三极管(开关)性能

如下:

当UB-UE≥0.6V时,三极管完全导通,

即发射极E和集电极C之间相当于用导线直

接接通。

当UB-UE≤0.6V时,三极管关断,E、C

之间完全不通,开关三极管只有完全导通与关

断两个状态,如图(a)是一个有实际用途的电路,Ⅰ、Ⅱ都是理想的硅NPN开关三极管,要求:

(1).在图(b)中画出U2随U1变化的图线;

(2).举出此电路一个可能的应用。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 高中教育 > 理化生

copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有

经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1