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。