《电工学》秦曾煌第六版上下册课后答案.docx

1、电工学秦曾煌第六版上下册课后答案1 电路的基本概念与定律1.5 电源有载工作、开路与短路电 源 发 出 功 率 PE =1.5.2在图2中，已知I1 = 3mA,I2 = 1mA.试确定电路元件3中的电流I3和其两端 电压U3，并说明它是电源还是负载。校验整个电路的功率是否平衡。解 首先根据基尔霍夫电流定律列出图 2: 习题1.5.2图I1 + I2 I3 = 03 + 1 I3 = 0可求得I3 = 2mA, I3的实际方向与图中的参考方向相反。 根据基尔霍夫电流定律可得U3 = (30 + 10 103 3 103 )V = 60V其次确定电源还是负载：1 从电压和电流的实际方向判定：电路

2、元件380V元件30V元件电流I3 从“+”端流出,故为电源;电流I2 从“+”端流出，故为电源； 电流I1 从“+”端流出，故为负载。2 从电压和电流的参考方向判别：电路元件3 U3 和I3的参考方向相同P = U3 I3 = 60 (2) 103W =120 103W （负值），故为电源；80V元 件 U2 和I2的 参 考 方 向 相 反P = U2I2 = 80 1 103W =80 103W （正值），故为电源；30V元件 U1 和I1参考方向相同P = U1I1 = 30 3 103 W = 90 103W （正值），故为负载。两者结果一致。 最后校验功率平衡： 电阻消耗功率:2

3、2PR1 = R1I1 = 10 3 mW = 90mW2 2PR2 = R2I2 = 20 1 mW = 20mW 电源发出功率:PE = U2 I2 + U3 I3 = (80 + 120)mW = 200mW负载取用和电阻损耗功率:P = U1I1 + R1 I 2 + R2I 2 = (90 + 90 + 20)mW = 200mW1 2两者平衡1.6 基尔霍夫定律1.6.2试求图6所示部分电路中电流I 、I1 和电阻R，设Uab = 0。解 由基尔霍夫电流定律可知，I = 6A。 由于设Uab = 0，可得I1 = 1A6I2 = I3 = 2 A = 3A图 6: 习题1.6.2图

4、并得出I4 = I1 + I3 = (1 + 3)A = 2AI5 = I I4 = (6 2)A = 4A因I5R = I4 1得R = I4I52= = 0.541.7 电路中电位的概念及计算1.7.4解在图7中，求A点电位VA 。图 7: 习题1.7.4图I1 I2 I3 = 0 (1)50 VAI1 =(2)10I2 =VA (50) (3)5VA将式(2)、(3)、(4)代入式(1)，得I3 =(4)2050 VAVA + 50 VA10 5 20 = 0VA = 14.3V2 电路的分析方法2.1 电阻串并联接的等效变换2.1.1在 图1所 示 的 电 路 中 ，E = 6V ，R

5、1 = 6，R2 = 3，R3 = 4，R4 =3，R5 = 1，试求I3 和I4。解图 1: 习题2.1.1图本 题 通 过 电 阻 的 串 联 和 并 联 可 化 为 单 回 路 电 路 计 算 。R1 和R4并 联 而 后 与R3 串联，得出的等效电阻R1,3,4 和R2并联，最后与电源及R5组成单回路电路， 于是得出电源中电流E I =R2 (R3 +R1R4 )R5 + R1 + R4 R1R4R2 + (R3 +R16)+ R4=3 (4 + 6 3 )1 + 6 + 36 3= 2A3 + (4 +)6 + 3而后应用分流公式得出I3和I4I3 =R2R1 R4 I =36 32

6、 2A = 3 ARR2 + R3 +1+ R43 + 4 +6 + 3R1 6 2 4RI4 = 1+ R4I3 = 6 + 3 3 A = 9 AI4的实际方向与图中的参考方向相反。2.1.2有 一 无 源 二 端 电 阻 网 络图2（a）， 通 过 实 验 测 得 ： 当U = 10V 时 ，I =2A；并已知该电阻网络由四个3的电阻构成，试问这四个电阻是如何连接的？解图 2: 习题2.1.2图 按题意，总电阻为UR = =I10 = 52四个3电阻的连接方法如图2（b）所示。2.1.3在图3中，R1 = R2 = R3 = R4 = 300，R5 = 600，试求开关S断开和闭和 时a

7、和b之间的等效电阻。解图 3: 习题2.1.3图 当开关S断开时，R1与R3串联后与R5 并联，R2与R4 串联后也与R5并联，故有Rab = R5/(R1 + R3)/(R2 + R4 )1= 16001+ +300 + 3001300 + 300= 200 当S闭合时，则有Rab = (R1/R2) + (R3/R4 )/R51= 15R + R1 R2R1 + R2= 1+1R3 R4+R3 + R411600300 300 + 300 300= 200 300 + 300300 + 3002.3 电源的两种模型及其等效变换计算图9中的电压U5。解图 9: 习题2.3.4图R2R36 4

8、RR1,2,3 = R1 +2+ R3= (0.6 + ) = 36 + 4将U1和R1,2,3 与U4和R4都化为电流源，如图9(a)所示。将图9(a)化简为图9(b)所示。其中IS = IS1 + IS2 = (5 + 10)A = 15AR1,2,3R43 0.2 3R0 =R1,2,3R0+ R4= = 3 + 0.2 163 16 45I5 =R0 + R5IS = 31645 15A = 19 A+ 1U5 = R5 I5 = 1 19 V = 2.37V2.4 支路电流法2.4.2试 用 支 路 电 流 法 和 结 点 电 压 法 求 图11所 示 电 路 中 的 各 支 路 电

9、 流 ， 并 求 三 个 电 源 的 输 出 功 率 和 负 载 电 阻RL 取 用 的 功 率 。 两 个 电 压 源 的 内 阻 分 别 为0.8 和0.4 。解图 11: 习题2.4.2图(1) 用支路电流法计算 本题中有四个支路电流，其中一个是已知的，故列出三个方程即可，即120 0.8I1 + 0.4I2 116 = 0120 0.8I1 4I = 0解之，得I1 + I2 + 10 I = 0I1 = 9.38A I2 = 8.75AI = 28.13A(2) 用结点电压法计算120116+ 10Uab = 0.8 0.4 V = 112.5V1+0.81 1+0.4 4而后按各支

10、路电流的参考方向应用有源电路的欧姆定律可求得I1 =I2 =120 112.5 A = 9.38A0.8116 112.5 A = 8.75A0.4I = UabRL112.5=4A = 28.13A(3) 计算功率三个电源的输出功率分别为P1=112.5 9.38W = 1055WP2=112.5 8.75W = 984WP3=112.5 10W = 1125WP1+P2 + P3 = (1055 + 984 + 1125)W = 3164W负载电阻RL 取用的功率为P = 112.5 28.13W = 3164W两者平衡。2.5 结点电压法2.5.3电路如图14(a)所示，试用结点电压法求

11、电阻RL 上的电压U ，并计算理想电流 源的功率。解图 14: 习题2.5.3图将与4A理想电流源串联的电阻除去（短接）和与16V 理想电压源并联的8电 阻除去（断开），并不影响电阻RL 上的电压U ，这样简化后的电路如图14(b)所 示，由此得164 +U = 1+41 4 1 V = 12.8V+4 8计算理想电流源的功率时，不能除去4电阻，其上电压U4 = 4 4V = 16V ，并由此可得理想电流源上电压US = U4 + U = (16 + 12.8)V = 28.8V 。理想电流源 的功率则为PS = 28.8 4W = 115.2W （发出功率）2.6 叠加定理2.6.1在 图1

12、5中 ，(1)当 将 开 关S合 在a点 时 ， 求 电 流I1、I2 和I3；(2)当 将 开 关S合 在b点时，利用(1)的结果，用叠加定理计算电流I1 、I2和I3。解图 15: 习题2.6.1图(1) 当将开关S合在a点时，应用结点电压法计算：130120+U = 2 2 V = 100V1 1 1+ +2 2 4I1 =I2 =I3 =130 100 A = 15A2120 100 A = 10A2100A = 25A4(2) 当将开关S合在b点时，应用叠加原理计算。在图15(b)中是20V 电源单独作用时的电路，其中各电流为0I1 =42 + 4 6A = 4AI 0202 = 2

13、 42 +2 + 42A = 6AI 0 3 = 2 + 4 6A = 2A130V 和120V 两个电源共同作用（20V 电源除去）时的各电流即为(1)中的 电流，于是得出I1 = (15 4)A = 11AI2 = (10 + 6)A = 16A I3 = (25 + 2)A = 27A2.7 戴维南定理与诺顿定理2.7.1应用戴维宁定理计算图20(a)中1电阻中的电流。解图 20: 习题2.7.1图将 与10A理 想 电 流 源 串 联 的2电 阻 除 去 （ 短 接 ） ， 该 支 路 中 的 电 流 仍 为10A； 将 与10V 理 想 电 压 源 并 联 的5电 阻 除 去 （ 断

14、 开 ） ， 该 两 端 的 电 压 仍 为10V 。因此，除去这两个电阻后不会影响1电阻中的电流I ，但电路可得到简 化图20(b)，计算方便。应用戴维宁定理对图20(b)的电路求等效电源的电动势（即开路电压U0）和 内阻R0。由图20(c)得由图20(d)得 所以1电阻中的电流U0 = (4 10 10)V = 30VR0 = 4I = U0 =R0 + 1304 + 1A = 6A2.7.5用戴维宁定理计算图22(a)所示电路中的电流I 。解图 22: 习题2.7.5图(1) 用戴维宁定理将图22(a)化为等效电源，如图22(b)所示。(2) 由图22(c)计算等效电源的电动势E，即开路

15、电压U0U0 = E = (20 150 + 120)V = 10V(3) 由图22(d)计算等效电源的内阻R0R0 = 0(4) 由图22(b)计算电流IE I =R0 + 10= 1010A = 1A2.7.7在图23中，(1)试求电流I ；(2)计算理想电压源和理想电流源的功率，并说明 是取用的还是发出的功率。解图 23: 习题2.7.7图(1) 应用戴维宁定理计算电流IUab0 = (3 5 5)V = 10V R0 = 310I =(2) 理想电压源的电流和功率2 + 35A = 2AIE = I4 I = ( 4 2)A = 0.75AIE 的实际方向与图中相反，流入电压源的“+”

16、端，故该电压源为负载。PE = 5 0.75W = 3.75W (取用)理想电流源的电压和功率为US = 2 5 + 3(5 2)V = 19V PS = 19 5W = 95W (发出)2.7.8电路如图24(a)所示，试计算电阻RL 上的电流IL ；(1)用戴维宁定理；(2)用诺 顿定理。解图 24: 习题2.7.8图(1) 应用戴维宁定理求ILE = Uab0 = U R3I = (32 8 2)V = 16V R0 = R3 = 8IL = (2) 应用诺顿定理求ILERL + R016= A = 0.5A24 + 8RU IS = IabS =3R032 I = ( 8 2)A =

17、2A8IL =RL + R0IS = 24 + 8 2A = 0.5A2.7.10试求图26所示电路中的电流I 。解图 26: 习题2.7.10图 用戴维宁定理计算。(1) 求ab间的开路电压U0a点电位Va 可用结点电压法计算24 + 48b点电位Va =6 61 1 1+ +6 6 6V = 8V12 + 24Vb = 2 3 V = 2V1 1 1+ +2 6 3U0 = E = Va Vb = 8 (2)V = 10V(2) 求ab间开路后其间的等效内阻R0将电压源短路后可见，右边三个6电阻并联，左边2，6，3三个电阻也并联，而后两者串联，即得 1R0 = 1+ k = (2 + 1)

18、k = 3k 1 + 1 + 11 1 1 + +(3) 求电流I6 6 6I = U0 =2 6 310A = 2 103A = 2mAR0 + R(3 + 2) 1033 电路的暂态分析3.2 储能元件与换路定则V = 18V3.3.4有 一 线 性 无 源 二 端 网 络N 图5(a)， 其 中 储 能 元 件 未 储 有 能 量 ， 当 输 入 电 流i其波形如图5(b)所示后，其两端电压u的波形如图5(c)所示。(1)写出u的指数 式；(2)画出该网络的电路，并确定元件的参数值。解图 5: 习题3.3.4图(1) 由图5(c)可得t = 0 时u = 2(1 et )Vu( ) =

19、2(1 0.368)V = 2 0.632V = 1.264Vt = 时u = 1.264e(2) 该网络的电路如图5(d)所示。因(t 1) Vu() = Ri = 2VR 1 = 2 R = 2又 = RC 1 = 2C C = 0.5F3.4 一阶线性电路暂态分析的三要素法3.4.3电路如图9所示，换路前已处于稳态，试求换路后(t 0)的uc。解图 9: 习题3.4.3图 本题应用三要素法计算。(1) 确定初始值3uc(0+ ) = uc(0 ) = (20 10 1 103 10)V = 10V(2) 确定稳态值uc() = (3) 确定时间常数? 10 310 + 10 + 20 1

20、 10 20 103? 10V = 5V将理想电流源开路，理想电压源短路。从电容元件两端看进去的等效电 阻为20 (10 + 10)R0 = 20 + (10 + 10) k = 10k故 于是得出 = R0C = 10 103 10 106s = 0.1s tuc = uc() + uc(0+ ) uc()e t3.4.4= 5 + 10 (5)e= (5 + 15e10t )V0.13.6.2电路如图14所示，在换路前已处于稳态。当将开关从1的位置扳到2的位置 后，试求i和iL 。 图 14: 习题3.6.2图(1) 确定初始值3i(0 ) = 9A = A1 + 2 1 52 + 12

21、9 6iL (0+ ) = iL (0 ) = 2 + 1 ( 5 )A = 5 A在此注意，i(0+ ) = i(0 )。i(0+ )由基尔霍夫电压定律计算，即3 = i(0+ ) + 2i(0+ ) iL (0+ )63 = i(0+ ) + 2i(0+ ) + 5 123 = 3i(0+ ) + 51i(0+ ) = 5 A(2) 确定稳态值3 9i() =2 1 A = 5 A1 +2 + 12 9 6iL () =2 + 1 5 A = 5 A(3) 确定时间常数L = =R03 92 1 s = 5 s1 +2 + 1于是得t i = i() + i(0+ ) i()e 5 9 1

22、 9 t 5 9 8 t= 5 + ( 5 5 )et9 A = 5 5 e9 A= (1.8 1.6e 1.8 )A5 t6 6 6 t iL = 5 + ( 5 5 )e9 A = (1.2 2.4e1.8 )A3.6.4电路如图15所示，试用三要素法求t 0时的i1 ，i2 及iL 。换路前电路已处于 稳态。解图 15: 习题3.6.4图(1) 确定初始值iL (0+ ) = iL (0 ) =12A = 2A6注 意 ：i1和i2的 初 始 值 应 按t = 0+ 的 电 路 计 算 ， 不 是 由t = 0 的 电 路 计算。由t = 0+ 的电路应用基尔霍夫定律列出i1(0+ )

23、+ i2(0+ ) = iL (0+ ) = 26i1 (0+ ) 3i2 (0+ ) = 12 9 = 3解之得i1(0+ ) = i2(0+ ) = 1A(2) 确定稳态值 稳态时电感元件可视为短路，故i1() =i2() =12A = 2A69A = 3A3iL () = i1 () + i2() = (2 + 3)A = 5A(3) 确定时间常数L = =R016 36 + 3s = 0.5s于是得出i1 = 2 + (1 2)ei2 = 3 + (1 3)eiL = 5 + (2 5)et0.5 A = (2 e2t )At0.5 A = (3 2e2t )At0.5 A = (5 3e2t )A 4 正弦交流电路 4.4.3一个线圈接在U = 120V 的直流电源上，I = 20A；若接在f = 50H z，U =220V 的交流电源上，则I = 28.2A。试求线圈的电阻R和电感L。解接在直流电源上电感L不起作用，故电阻R = U I120= = 6。接在交流电20源上时，I|Z | = pR2 + (L)2 = U220= = 7.828.21L =2fq 2|Z | R2 =12 50 7.82 62H = 15.9mH4.4.5日光灯管与镇流器串联接到交流电压上，可看作RL串联电路。如已