电工与电子技术 部分习题及解答
第一章电路的的基本概念与基本定律
1、电路如右图所示,试求A点的电位VA。
【解】设3V、2?与1?回路的电流为I如图所标,所以
I1?2?3I??1A
1?2而6V、3?支路没有闭合回路,所以没有电流。因此 VA?3?0?6?1I?0?6?1?1?5V
2、电路如下图(a)所示,在开关S断开和闭合两种情况下试求A点的电位VA。
?3V??A?6V3??12V3k3k??12V3k?I1?12V3.9k?SAI3.9k?A3.9k?20k??12V(a)(b)20k??12VIS2I3A20k??12V(c)
【解】当开关S断开时,电路如下图(b)所示,电路通过一个电流I,所以
(?12)?VAVA?12 ?3?3.920解之得: VA??5.84V
【分析】当开关S闭合时如同导线,电路如图(c)所示,虽然通过电流I3,但没有电路元件。因此,?12V、20k?、A点、3.9k?到参考点形成独立回路,所以
12?VAVA ?203.9解之得: VA?1.96V
3、电路如右图所示,试求A点的电位VA。
【解析】一般情况下先根据KCL列待求结点电流方程,而后以结点电位为未知量,根据欧姆定律写出各电流的表达式进而求解即可。
该电路有三条支路,又一个待求电位的结点A点。设各电流分别为
?50VR1I1I210?R25?I1、I2及I3,参考方向如图所示。根据KCL对于A点有
I1?I2?I3
所以
I3AR320??50V题3 50?VA?50?VAVA ??10520解之得: VA??14.3V
4、在图中的5个元件代表电源或负载。电流和电压的参考方向如图中所示。今通过实验测量得知:I1??4A,I2?6A,I3?10A,U1?140V,U2??90V,
U3?60VU4??80V,U5?30V
(1)试标出各电流的实际方向和各电压的实际极性(可另画一图);
(2)判断哪些元件是电源?哪些是负载?
(3)计算各元件的功率,电源发出的功率和负载取用的功率是否平衡? 分析:(1)应掌握电流、电压的实际方向与参考方向间的关系:当实际方向与参考方向一致时,其实验测定值取正号,实际方向与参考方向相反时则取负号。例如电流I1实际方向与参考方向相反,I2和I3实际方向与参考方向相同;电压U1,U3, U5实际极性与参考极性相同,而U2,U4则相反。
(2)判别电源或负载
方法Ⅰ:用电流、电压的实际方向判别。如果二者方向相反,电流从“+”端流出,为电源发出功率;反之则是负载吸收功率。
方法Ⅱ:用电流、电压参考方向计算功率。如果二者参考方向一致,用式P?UI计算;若相反用式P??UI计算。若计算结果P?0则为负载;P?0则为电源。例如元件1:电流实际方向与电压实际方向相反,电流从“+”端流出,作为电源。用参考方向计算
P1?U1I1?140?(?4)??560W,为负值,结果相同。
(3)计算各元件功率,用参考方向计算,然后将所有电源功率相加应等于所有负载功率相加,达到功率平衡。若不相等说明计算有误或实验数据有误。
【解】(1)电流、电压实际方向与极性如右图所示。 (2)元件1,2为电源,3、4、5为负载。
(3)P1?U1I1?140?(?4)??560W
??U11I1U44??I3U55??I22U2??3U3?? P2?U2I2??90?6??540W
P3?U3I3?60?10?600W
P4?U4I1??80?(?4)?320W P5?U5I2?30?6?180W
电源的功率:PE?P也就是说,电源发出的功率1?P2??560?(?540)??1100W,为1100W。
负载的功率:P?P3?P4?P5?600?320?180?1100W,也就是说,负载取用的功率为1100W。
可见电路中发出的功率与消耗的功率是相等的,功率平衡! 或者求整个电路的功率之代数和:
?P?P?P12?P3?P4?P5?(?560)?(?540)?600?320?180?0
5、电路右图所示。已知I1?3mA,I2?1mA。试确定I3和U3,并说明电路元件3时电源还是负载。校验整个电路的功率是否平衡。
【分析】此题是复杂电路,所以应用基尔霍夫定律。
【解】I3?I2?I1?1?3??2mA
10k?20k?I1U1U3?10I1?U1?10?3?30?60V ??120mW?0 因为 P3?U3I3?60?(?2)所以,电路元件3是电源。
整个电路的功率之代数和:
?I3???30V3U3U2I2?80V??P?P?P12?P3?PR1?PR2?30?3?80?1?60?(?2)?10?32?20?1可见电路中发出的功率与消耗的功率?0是相等的,功率平衡!
6、电路如右图所示,是用变阻器R调节直流电机励磁电流的电路。设电机的励磁绕组的电阻为315?,其额定电压为220V,如果要求励磁电流在0.35~0.7A的范围为内变动,试在下列三个变阻器重选择一个合适的:(1)1000?,0.5A;(2)200?,1.0A;(3) 350?,1.0A。
【分析】此题涉及变阻器的额定值使用问题。变阻器的阻值是指最大值,最小值为0。变阻器的额定电流是指允许通过的最大电流,无论其阻值如何变化,
题6 ?220V?RIf315?通过的电流不允许超过其额定值。
【解】对(1)因为其额定电流0.5A?0.7A显然是不合适的。
对(2)虽然其额定电流1.0A?0.7A满足要求,但是当其阻值为最大时的电流为
If?220?0.427A?0.35A
315?200不能满足电流下限的要求,故也不可用。
对(3)其额定电流1.0A?0.7A满足要求,其阻值为最大时的电流为
If?220?0.331A?0.35A
315?350也能满足电流下限的要求,故应选(3)350?,1.0A 变阻器。
7、电路如右图所示,已知U1?10V,E1?4V,E2?2V,I3?10A,
R1?4?R2?2?,1、2两点间处于开路状态,试计算开路电压U2。
【解】根据KVL,可求出左回路电流
I?U1?E110?4??1A
R1?R22?4对于右回路有
?UR2R1E2U2??E2?R1I?E2??2?4?1?4?6V
?I?E1题7 U2?
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