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有限电阻网络的解法


     1. 等效替代
    例1  三个相同的金属圈两两正交地连成如图1所示的形状,若每个四分之一圆周金属丝的电阻为R时,测得A、B间电阻为RAB,今将A、B间的一段金属丝改换成另一段电阻为的四分之一圆周金属丝,并在A、B间加上恒定电压U,试求消耗的总功率P。
    
    图1
    分析  A、B间一段电阻为的四分之一圆周金属丝,可用两段电阻为R的四分之一圆周金属丝并联来替代。设替换后A、B间的总电阻为,则
    
    2. 叠加
    例2  如图2所示电路中,包含有50只不同的安培表,以及50只相同规格的伏特表。其中第一只伏特表的示数,第一只安培表A1的示数,第二只安培表A2的示数I2=9.2mA。试求所有50只伏特表的示数之和是多少?
    
    图2
    分析  每只伏特表的电阻
    
    从电路左端逐步向右推可得
    
    
    ……
    
    
    以上各式相加得
    
    
    3. 递推
    例3  如图3所示,已知,电源电压为60V,流过的电流为_______________。
    
    图3
    分析  右端的单位网络电阻
    往左推得
    整个网络的电阻
    总电流
    求中的电流,可由左逐步向右推
    
    4. 对称
    例4  如图4(甲)所示是由9个阻值均为4Ω的电阻连成的电路,现在A、B两点之间加上8V的电压,则流过接在E、B两点之间的电阻的电流I1为_________A,流过接在E、D两点之间电阻的电流I2为__________A。
    
    图4(甲)
    分析  这是一个对称电路,在不改变通过各电阻电流的前提下,可拆开某一节点,或连接部分节点,对电路进行等效变换。
    解法1  拆开节点E,如图4(乙)所示。通过E、B之间电阻的电流为
    
    又
    解得
    所以
    
    
    图4(乙)
    解法2  将C、D间的电阻一分为二,由于电路的对称性,可将F、G、E三点连在一起,如图4(丙)所示。
    
    图4(丙)
    
    
    设F、G、E节点与D之间的总电阻为,则
    
    解得
    
    
    5. 注流法
    例5  图5(甲)是由均匀电阻丝焊接成的框架电路,框架由三个正方形组成,正方形每边的电阻为r,求框架A、E两点间的电阻。
    
    图5甲
    分析  设有电流I从A点流入,从E点流出。由于电路结构对称,则电流分布也对称,如图5乙所示
    
    图5乙
    对点H,有
    即      ①
    对AC间电压有
    即          ②
    联立①、②解得
    所以
    
    练习
    1. 如图6所示的电路,,电源电压U恒定,则电阻所消耗的电功率与电路的总功率之比等于____________。
    
    图6
    2. 如图7所示的方格导线网,每边的电阻均为r,求A、B两点间的电阻。
    
    图7
    3. 12个电阻组成立方体,每个电阻的阻值为R,如图8所示。求:
    (1)A、B间的电阻;
    (2)A、G间的电阻。
    
    图8
    答案:
    1.
    2. 2r
    3. (1);(2)
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