恆定電流基礎知識點串講

2022-05-27 06:03:04 字數 4832 閱讀 6559

1. 串並聯電路

(1)串聯電路和併聯電路的特點(見下表):

(2)記住結論:

① 併聯電路的總電阻小於任何一條支路的電阻;當電路中的任何乙個電阻的阻值增大時,電路的總電阻增大,反之則減小。

② 串聯電路的總電阻大於任意支路的電阻,任何乙個支路電阻增大總電阻增大。

(3)電路簡化原則和方法

① 原則:a. 無電流的支路除去;b.

電勢相等的各點合併;c. 理想導線可任意長短;d. 理想電流錶電阻為零,理想電壓表電阻為無窮大;e.

電壓穩定時電容器可認為斷路

② 方法:a. 電流分支法:

先將各節點用字母標上,判定各支路元件的電流方向(若無電流可假設在總電路兩端加上電壓後判定),按電流流向,自左向右將各元件,結點,分支逐一畫出,加工整理即可;

b. 等勢點排列法:標出節點字母,判斷出各結點電勢的高低(電路無電壓時可先假設在總電路兩端加上電壓),將各節點按電勢高低自左向右排列,再將各節點間的支路畫出,然後加工整理即可。

注意以上兩種方法應結合使用。

(4)滑動變阻器的幾種連線方式

① 限流連線:如圖,變阻器與負載元件串聯,電路中總電壓為u,此時負載rx的電壓調節範圍值為,其中rp起分壓作用,一般稱為限流電阻,滑線變阻器的連線稱為限流連線。

② 分壓連線:如圖,變阻器一部分與負載併聯,當滑片滑動時,兩部分電阻絲的長度發生變化,對應電阻也發生變化,根據串聯電阻的分壓原理,其中uap= ,當滑片p自a端向b端滑動時,負載上的電壓範圍為0~u,顯然比限流時調節範圍大,r起分壓作用,滑動變阻器稱為分壓器,此連線方式為分壓連線。

一般說來,當滑動變阻器的阻值範圍比用電器的電阻小得多時,做分壓器使用好;反之做限流器使用好。

(5)含電容器的電路:分析此問題的關鍵是找出穩定後,電容器兩端的電壓。

(6)電路故障分析:電路不能正常工作,就是發生了故障,要求掌握斷路、短路造成的故障分析。

[例1] 簡化下列電路

解析:① 對圖a,用電流分支法:

第一支線,以a經電阻r1到b(原則上以最簡便直觀的支路為第一支線)

第二支線,以a經電阻r2到c到b

第三支線,以a經電阻r3到d再經r4到b

以上三支線併聯,且cd間接有k,簡化如甲所示。

② 對圖b,用等勢點排列法:

設a點電勢高b點低,由a點開始,與a點等勢的點沒有,由此向下到c點,e點與c點電勢相等,再向下到d點,f、b點與d點電勢相等,其關係依次如圖乙所示。

[例2] 兩個定值電阻r1、r2串聯後接在輸出電壓u恆定的12v的直流電源上,有人把乙個內阻不是遠遠大於r1、r2的電壓表接在r1的兩端(如圖),電壓表的示數為8v,如果把此電壓表接在r2的兩端,則電壓表的示數將( )

a. 小於4v b. 等於4v c. 大於4v而小於8v d. 等於或大於8v

解析:當rv與r1併聯時, = 8v, = 4v,這時,r1在幹路上,

當rv與r2併聯時,在總電壓一定的情況下,r1在幹路上將分得大於8v的電壓,而

,rv與r2併聯分壓值,亦即電壓表示數將小於4v,故選a。

[例3] 如圖,u=10v,r1= 4 r2=6,c =30f(1)閉合開關k,求穩定後通過r1的電流;

(2)然後將開關k斷開,求這以後流過r1的總電量。

解析:電容器穩定後相當於斷路,則(1)i1= i總= u /(r1+r2)=1a

(2)斷開k前,電容器相當於和r2併聯,電壓為i1r2,電量為q1=ci1r2,斷開k穩定後,總電流為零,電容器上電壓為e,電量為q2=ce

∴ δq=q2-q1=c(e- i1r2)=1.2×10-4c

[例4] 一條電阻絲加上電壓u,經t s後放出熱量為q,若將電阻絲截成等長的三段並且併聯在一起,再加上電壓u,需經多長時間放出熱量仍為q?

解析:電阻絲是純電阻,計算熱量三個公式都適用,結合題目給定的條件,電壓不變,使用q =,計算方便。

設電阻絲電阻為r,q=,截成等長三段,每段電阻為,併聯後總電阻為,則,。

2. 電動勢

(1)電動勢是反映電源把其他形式的能轉化為電能本領大小的物理量。在電路中通過單位電荷時電源所提供的電能,在數值上等於電源的電動勢,即。

(2)電動勢的大小由電源本身的性質決定,與外電路的組成及變化情況無關。

(3)電動勢等於外電壓與內電壓之和,即,還等於外電路斷路時的路端電壓,在數值上還等於電路中通過單位電荷時電源提供的電能。例如:乾電池電動勢是1.

5v,表明在乾電池內,在把化學能轉化為電能時,可以使每1c的電量具有1.5j電能,蓄電池電動勢是2v,表明在蓄電池內,把化學能轉化為電能時,可以使每1c的電量具有2j電能。

(4)電動勢的單位與電壓相同,都是「v」。

(5)電動勢是標量,為研究問題方便,規定其方向為電源內部電流方向,即由電源的負極指向正極方向。

應該注意:並不是電源把其他形式的能轉化為電能越多,電動勢就越大,因為轉化的能量除了與電動勢有關外,還與所經歷的時間、用電情況有關。

要注意電動勢和電勢差的區別,電動勢對應的是非靜電力做功把其他形式的能轉化為電能,而電勢差對應的是靜電力做功把電能轉化為其他形式的能,它們對應的能量轉化的「方向」不同。

拓展:(1)電動勢的數值:

電源電動勢數值上等於沒有接入外電路時兩極間的電壓

電源接入外電路時:

伏特表示數小於ε

原因:外電路(電源外部的電路,其兩端電壓稱為路端電壓)內電路(電源內部的電路,對電荷定向移動也有阻礙作用,也有電勢降落)

觀察隨外電路電阻變化,兩伏特表的示數如何變化?增大時,u端增大,u內減少,在誤差範圍內u外+u內= 常數(等於未接入外電路時電源兩極間的電壓)。

結論:在電源接入外電路時,電動勢的大小等於外電壓與內電壓之和。

從能量觀點分析電動勢的物理意義:電流做功:w= qu

∵ ∴

式中的:指電源提供的電能

式中的:指內外電路消耗的電能

因此,從能量角度看:指電路中移動單位電荷時,電源提供的電能。

例:乾電池的電動勢,物理意義是:在電路中有1c電量通過時,該電源能把1.5 j的化學能轉化為電能。

蓄電池的電動勢,物理意義是:在電路中有1c電量通過時,電源能把2j的化學能轉化為電能

可見:電動勢越大,表明電源能把其它形式的能量轉化為電能的本領越強。

(2) 電動勢的物理意義:是描述電源把其他形式的能量轉化為電能本領的物理量。

定義:電源移動電荷做功w,與移動電荷量的比,叫做電源的電動勢。

單位:伏特(v)

電動勢與電壓的區別

電動勢:在電源內部移動單位正電荷時非靜電力所做的功,即移動1c電荷其它形式能轉化為電能的數量。

電壓:在電路中移動單位正電荷時電場力所做的功,即移動1c電荷電能轉化為其它形式的能量的數量。

例:在閉合電路中,,則在電路中移動2c電荷時:

(1)電源把 4.0j 的化學能轉化為電能;(2)電源內部產生的內能為 1.0 j;

(3)外電路上電流做功 3.0 j;(4)電源輸出的電能為 3.0 j。

3. 內電壓和外電壓

(1)內電路、內電阻、內電壓

將電源和用電器連線起來,就構成閉合電路,如圖所示電源內部的電路叫閉合電路的內電路。

內電路的電阻叫電源的內阻。

當電路中有電流通過時,內電路兩端有電壓叫內電壓,用u'表示。

(2)外電路、外電壓(路端電壓):

電源外部的電路叫外電路。外電路兩端的電壓叫外電壓,也叫路端電壓,用u表示。

(3)三者關係:即在閉合電路裡,電源電動勢等於內、外電壓之和。

注意:①將伏特表接在電源兩極間測得的電壓u,是指路端電壓,不是內電路兩端的電壓,也不是電源電動勢,所以,u②當電源沒有接入電路時,因無電流通過內電路,所以,故此時e=u,即電源電動勢等於電源沒有接入電路時的路端電壓。

③電動勢和路端電壓雖然是有相同的單位且有時數值亦相同,但二者是本質不同的物理量。電動勢反映了電源將其他形式的能轉化為電能的本領大小,路端電壓反映了外電路中電能轉化為其他形式的能的本領大小。

[例5]、如圖所示電路中,電源的總功率是40w,,,a、b兩點間的電壓是4.8v,電源輸出的功率是37.6w。求電源的內電阻和電動勢。

[解析]外電路是由併聯再與串聯組成的。併聯的總電阻為

a、b兩點間的電壓就是併聯電路兩端的電壓,所以流過干路的電流為

電動勢 變式:

[例6]、如圖甲所示電路中,,s斷開時,電壓表示數為16v;s閉合時,電壓表示數為10v。若電壓表可視為理想的,求:(1)電源電動勢和內電阻各為多大?

(2)閉合s前後消耗的功率分別多大?(3)若將原電路改為圖乙所示的電路,其他條件不變,則s斷開和閉合時電壓表的示數分別為多大?

[解析](1)在圖甲中,當斷開s時,中電流可視為零(因理想電壓表內阻可視為無限大),兩端電壓可視為零,故電壓表指示的是電源的路端電壓。又此時外電路是串聯,所以,電路中總電流為:

由閉合電路歐姆定律得

當閉合s時,電壓表指示的是兩端電壓,外電路結構是:併聯,再跟串聯,此時電路中總電流為: 外電路總電阻為:

由得: 聯立兩式,解得e=20v,r=5ω。

(2)閉合s前後,消耗的功率分別為:

(3)若將原電路改為圖乙所示電路,則斷開s時,外電路由串聯組成,電壓表指示的是兩端的電壓,此時總電流為:

電壓表示數為:

閉合s時,外電路結構是併聯再與串聯,電壓表示數是組成的併聯電路兩端的電壓,此情況下,外電路總電阻為:

總電流為: 故電壓表示數為:

電路的動態分析問題

[例7]、如圖所示電路中,是四隻相同的電燈。當滑動變阻器的滑鍵下滑時,各燈的亮度怎樣變化?

[解析]當滑動變阻器的滑鍵下滑時,變阻器的阻值減小,使得電路的總電阻減小;根據可知電流i增大,根據可知路端電壓減小;則由可知,將變暗。又因為,而i增大,減小,所以增大,則由可知,將變亮。又因為,而u減小,增大,所以減小;則由可知,將變暗。

又因為,而增大,減小,所以增大,則由可知,燈將變亮。

恆定電流知識點

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