如何畫等效電路圖

2022-05-03 10:18:03 字數 2416 閱讀 7630

在電學計算題的電路中,出現多個開關的閉合、斷開的不同狀態,有時還涉及滑動變阻器的滑片放在不同位置,學生求解時就顯得比較困難,很容易造成誤判和錯解。筆者在教學中運用「電流路徑的優先走法」思路,對電路圖進行分析,畫出「等效電路圖」的方法,把複雜的問題簡單化,學生解題的正確率得到了很大提高。

一. 電流路徑的優先走法

把電流比作乙個「人」,它所走過的路徑有一定的規律可循。下面分幾種情形討論。

1. 如圖1,電流從點a走到點b,有二條路可走,由於連線電路的導線電阻很小,採用近似的分析方法,可以認為導線的電阻為,而燈泡是有電阻的,所以電流優先走與燈泡併聯的導線這條路徑,而不經過燈泡,因而在畫等效電路圖,可把燈泡刪掉。

圖1 2. 如圖2,電流從點a走到點b,走哪條路呢?由於電流錶的特點是電流很小,相對與它併聯的r而言可以忽略,所以電流優先走電流錶這條路徑,而不經過r,同樣,在畫等效電路圖時,應刪掉r。

圖2 3. 如圖3,由於電壓表的電阻很大,可以把電壓表看成開路,所以電流優先走r這條路徑。當然此時有微弱的電流經過電壓表,電壓表有示數。

圖3 4. 如圖4、圖5,電流優先走與電壓表併聯的導線或電流錶,這時電壓表無示數。

圖4圖5

5. 如圖6,這種情況電流將如何走法呢?由於電流錶、導線的電阻都很小,相對而言,導線的電阻會更小,近似地分析認為,電流只優先走導線,所以電流表示數為0a,畫等效圖時,應刪掉電流錶。

圖6二. 等效電路圖的畫法與解題的一般步驟

1. 認真審題,在草稿紙上畫出原圖,並把開關的狀態、滑動變阻器的滑片所處的位置依題意畫下;

2. 根據電流路徑的優先走法,把沒有電流經過的元件用橡皮擦擦掉,同時將斷開的開關及與其串聯的元件與擦掉,閉合的開關用導線代替;

3. 正確分析電路的連線方式,明確電流錶測哪部分電路的電流,電壓表測誰的電壓,再將電路圖整理,即畫出了等效電路圖;

4. 把已知條件盡可能標註在等效電路圖上;

5. 找出所求的物理量與哪個等效圖對應,然後根據串、併聯電路的特點,特別注意電源電壓不變,定值電阻的阻值不變,正確運用電學公式來分析解答。

三. 例題分析

例1. 如圖7所示,電源電壓保持不變,滑動變阻器最大值為,小燈泡的電阻為且保持不變。當、均閉合且滑片p滑到b端時,電流錶、的示數之比為3:

2,當、均斷開且滑片p置於滑動變阻器中點時,小燈泡l的功率為10w。求:

(1)電阻的阻值;

(2)當、均閉合且滑片p在b端時,電壓表v的示數;

(3)整個電路消耗的最小功率。

分析:(1)當、均閉合,且滑片滑到b端,根據圖7,則燈泡l中無電流通過,所以可畫出等效電路圖(如圖8)。

圖7圖8

(2)當、均斷開,且滑片置於中點,根據圖4,可畫出等效電路圖(如圖9)。

解:(1)圖8中,設的示數,則的示數

因為、併聯

所以又因為,所以,

所以(2)如圖9,因為

圖9 所以

因為所以電源電壓

所以圖8中電壓表的示數為30v。

(3)根據,電源電壓u一定,當r最大時,p最小。所以此時、應斷開,滑片置於b點,這時最大,等效電路圖(圖9)

所以例2. 如圖10所示電路中,、為定值電阻,燈l上標有「16v 4w」的字樣,電源電壓保持不變。

圖10 (1)閉合開關s、、,電流錶的示數為0.35a,此時燈l恰能正常發光,求電阻的大小;

(2)閉合開關s,斷開開關、,電壓表的示數較(1)中變化了3.2v,求此時電阻消耗的電功率(燈絲電阻不變)

分析:(1)當s、、都閉合,根據圖1,圖4,畫出等效電路圖(如圖11)

圖11 當s閉合,、斷開,等效電路圖(如圖12)

圖12 解:(1)圖11中,因為電壓表併聯在a、b間,所以電壓表示數為0v,又因l在正常發光。

所以電源電壓

因為所以所以(2)因為圖11中,電壓表示數為0v

所以圖12中電壓表的示數

所以而所以所以例3. 如圖13所示,電源電壓保持不變,燈泡、分別標有「6v 3w」和「6v 6w」字樣,額定電壓不詳,額定功率為9w,且、、的電阻保持不變,求:

圖13 (1)、正常工作時的電阻、分別是多少?

(2)當開關斷開,閉合時,恰有一盞燈能長時間正常發光,此時電壓表、電流錶的示數分別是多少?

(3)當開關斷開、閉合時,電路實際功率是,那麼此時電流錶的示數是多少?的額定電壓是多少?

分析:(1)當斷開、閉合,等效電路圖如圖14。

圖14 (2)當閉合,斷開,等效電路圖如圖15。

圖15 解:(1)因為

所以,(2)圖14中,因為有一盞燈能長時間正常發光,而另一燈不會燒壞,所以另一燈工作電流比它的額定電流小。

因為,所以,

而串聯電路中各處的電流相等,所以,即在正常發光,發光較暗。

這時,所以電壓表示數為3v,電流表示數為0.5a,電源電壓

(3)圖15中,因為只有工作,而

所以即電流錶的示數為0.25a

又,所以

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