上海工程技术大学电工技术第01章习题解答.docx
- 文档编号:11033181
- 上传时间:2023-02-24
- 格式:DOCX
- 页数:31
- 大小:755.50KB
上海工程技术大学电工技术第01章习题解答.docx
《上海工程技术大学电工技术第01章习题解答.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《上海工程技术大学电工技术第01章习题解答.docx(31页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
上海工程技术大学电工技术第01章习题解答
第一草习题参考题解答
练习与思考
1.1.1举出一个生活中的电路,并分析它完成的是何种作用,它的负载将电能转化为何种能/\
源或者处理的是什么信号?
【解】显示器电路有两部分功能,一部分是接受电脑主机显示卡传送来的图像信号,另一部
分是将电能转化为光能形成人眼能够看到的图像。
图1.2.4不同参考方向下功率的计算
1.2.1在图方框中的电气元件,其电压从b到a降低20V,电流为4A从b流入,请分析:
\
(1)图(a)-(d)所示参考方向下,电压U和电流I的数值;
(2)计算此元件的电功率,并判断其是电源还是负载。
【解】
(1)图(a)中,U=-20V,I=-4A;
图(b)中,U=-20V,I=4A;
图(c)中,U=20V,I=-4A;
图(d)中,U=-20V,I=-4A;
(2)虽然图(a)-(d)所示参考方向不同,但是此元件的实际电压和电流是不变的,因此无论以哪个图所示方向选择功率的计算式,结果都是一样的。
以图(a)所示参考方向为例,
U=-20V,I=-4A,电压和电流参考方向一致,故P=UI=(-20)*(-4)=80W>0,为负载;
1.2.2如图所示,湖北三峡地区有一条直流高压输电线路连接至上海南桥变电站,其电压为500kV,电流为1800A,请计算三峡端的功率,并分析电能输送的方向。
1.8kA
A
三峡湖北.
+
500kV\
南桥上海
图125思考题的电路图
【解】对三峡端而言,电流的方向与电压降低的方向相反,即为非关联参考方向(方向不致)故应在功率计算公式加上负号,则
图1.3.8思考题的电路图
【解】(a)由于图中电流源流过的电流恒定为1A,故电压源流过的电流也为1A,方向与电
压方向一致,故5V电压源的功率Pus=UI=5*1=5W>0,故吸收电能,在此电路中做负载。
同理由于电压源两端电压恒定为5V,故电流源两端的电压也为5V,方向与电流方向不
一致,故1A电流源的功率Pis=-UI=-5*1=-5W<0,故产生电能,在此电路中做电源。
(b)5V电压源上电压电流方向不一致,故功率Pus=-UI=-5*1=-5W<0,故产生电能,在此
电路中做电源。
1A电流源上电压电流方向一致,故功率Pis=UI=5*1=-5W>0,故吸收电能,在此电路中做负
载。
1.3.2在图所示的电路中,计算电路中各未知电压或电流的数值,以及各电阻上消耗的电能。
电阻消耗的功率PI2R1288W;
(c)电阻上电流与电流源相同,方向与Uc一致,由欧姆定律UcIR12020V,电
阻消耗的功率PI2R122020W;
1.4.1一只节能灯管上标记220V、5W,在使用时电流不能超过多大数值?
1.5.1电路如图所示,根据欧姆定律和基尔霍夫定律求U和I。
(a)(b)
图1.5.7思考题的电路
【解】由欧姆定律知电阻电压电流如思考题1.3.3,此处略。
(a)由KVL可知,U=10+5=15V
(b)由KCL可知,l=1-2=-1A
1.5.2电路如图所示,根据欧姆定律和基尔霍夫定律求:
(1)15;
(2)Ul;(3)U2;(4)U5
(5)24V电压源提供的功率P。
3Q
2Q
图1.5.8思考题的电路
24
【解】
(1)由欧姆定律和基尔霍夫定律可知,24=315+715+215,故|5==2A;
\3+7+2
(2)由欧姆定律,U1与|5参考方向不一致,故U1=-2l5=-2*2=-4V;
(3)由欧姆定律,U2与|5参考方向一致,故U2=3l5=3*2=6V;
(4)由欧姆定律,U5与|5参考方向一致,故U5=7I5=7*2=14V;
(5)24V电压源上,电压与I5参考方向不一致,故P=-UI=-24*2=-48W。
1.5.3在图所示的电路中,请利用欧姆定律和基尔霍夫定律求未知电阻R的数值。
8Q
图1.5.9思考题的电路图
【解】由欧姆定律可知,24Q电阻上电流为120/24=5A,8Q电阻上电流为120/8=15A,方向均与120V电压一致,为从上往下。
由KCL可知,R上电流为上述两电流之和,故为5+15=20A,方向从左往右。
由KVL可知,R上电压为200-120=80V,方向从左往右下降。
再由欧姆定律,R上电压电流方向一致,故R=U/l=80/20=4Qo
1.6.1电路如图所示,求:
(1)U;
(2)电流源产生的功率Pe;(3)最右端4Q电阻上的电流
I及其消耗的功率P45
图1.6.5思考题的电路
【解】
(1)由电阻的串并联等效可知,最右端2Q和4Q电阻串联后为2+4=6Q,6Q与3Q并联后为3*6/(3+6)=2Q,2Q和2Q电阻串联后为2+2=4Q,4Q与4Q并联后为4*4/(4+4)=2Q,故电路的总电阻R总=2Qo
由欧姆定律,电阻上的电流与U方向一致,故U=IR=6*2=12Vo
(2)电流源上电压与电流方向不一致,故Pe=-UI=-12*6=-72W。
(3)由并联分流和串联分压可知,与左边4Q并联的4Q等效电阻分到电流为4*6/(4+4)=3A,与3Q并联的6Q电阻分到电流为3*3/(3+6)=1A,即为最右端4Q电阻上的电流I,故I=1A,P4q=I2R=12*4=4W0
(4)
图1.6.6思考题的电路
【解】
(1)未接入负载电阻Rl时,75kQ与25kQ串联分压,故U=75*200/(25+75)=150V
(2)RL=150kQ时,其与75kQ电阻并联后等效电阻为150*75/(150+75)=50kQ,50kQ与25kQ串联分压,故UO=50*200/(25+50)=
(3)
负载Rl两端发生短路时,电路中电阻只有25kQ,其电压为电源电压200V,其消耗的
1.7.1图所示电路中,共有三个网孔回路。
在运用支路电流法时,是否可以选取最右边的网
孔应用基尔霍夫电压定律列写方程?
【解】不可以。
最右边的网孔回路包含一个电流源,它两端的电压是未知数,故其回路电压方程不能用来求解支路电流。
在应用支路电压法求解电路时,列写回路电压方程需要避开电流源所在支路,除非电流
源的端电压已知。
1.7.2请总结支路电流法的解题步骤。
【解】支路电流法的解题步骤应为:
(1)根据电路,确定未知数(即待求支路电流)的个数;
(2)应用基尔霍夫电流定律,对节点列写节点电流方程;
(3)应用基尔霍夫电压定律,对回路列写回路电压方程;
(4)对
(2)(3)组成的方程组联立求解出各个支路电流;
(5)根据各支路电流计算题目要求的各电量。
1.7.3在图的电路中,用节点电压法求Ui、U2、li,计算两个电流源的功率并判断其产生还
是消耗电能。
图1.7.7思考题的电路图
【解】图中共三个节点,故取3-1=2个节点电压为未知数,即Ui、U2。
由KCL,对
5Q电阻左边的节点,
15
U1
U1U1U20
60
155
由KCL,对
5Q电阻右边的节点,
5
U2
U1U20
2
5
联立求解可得
U1=60V,U2=10V
l1=(U1-U2)
/5=(60-10)/5=10A
「故
P=-UI=-60*15=-900W<0,产生电能。
15A电流源,
电压U1与电流方向不-
致
5A电流源,电压U2与电流方向一致,故P=UI=10*5=50W>0,消耗电能。
1.8.1在图(a)所示的电路中试求流过2Q电阻上的电流的大小。
现有如下三种答案,哪一
个是正确的?
哪一个是错误的?
分析得到错误答案的原因。
12
(1)根据欧姆定律得1?
6(A)
1.8.4(b)所
(3)根据电源模型的等效变换将电流源和并联的电阻转换成电压源如图
124
2
4(A)
4V
(a)
(b)
图1.8.4思考题的电路图
【解】根据叠加定理,2A电流源单独作用时,12V电压源应短路,此时2Q电阻被短路,故电阻上电流为零。
因此2Q电阻上的电流即12V电源单独作用时,产生的电流l=12/2=6A。
因此可知,第一种答案是正确的。
后两种错误。
(2)中错误的原因是,电流源单独作用的时候,2Q电阻被短路,所以不应加上2A。
(3)中错误的原因是,电源等效变换时,内阻上的状态是会改变的,所谓等效是对电
源外部而言,既然想把电流源等效为电压源,则2Q电阻被视作内阻,其电流不再等效。
1.8.2图的电路中,已知Us单独作用时,R2上的电流I'=5A,Is单独作用时,R2上的电流1〃=1A。
请用叠加原理分析,若图中电路的电流源大小变成3ls时,R2上的电流I的数值。
图1.8.5思考题的电路图
【解】根据叠加定理,电流源大小变成3ls时,也就是在原来电路的基础上,再叠加2个Is
的作用,故I=I'+1〃+21〃=5+1+2*仁8A。
1.9.1应用戴维宁定理将图所示电路化为等效电压源。
尽
图1.9.8思考题的电路图
【解】
+
EO
•、:
b
根据戴维宁定理,所有有源二端网络都可以被等效为如上图的电压源。
(a)ab开路时的开路电压Uab与2Q电阻上的电流方向不一致,故
电流源不作用时ab间的等效电阻即为R)=2Qo
E=Ub=5*2+5=15V,R)=5Qo
E=Ub=6*6+6=42V,R?
=6Qo
由节点电压法25Uab30,故E=Ub=32V,电压源与电流源都不作用
520
E=Ub=-4*2=-8V
(b)
(c)
(d)
时,5Q与20Q并联,在与
1.9.2用诺顿定理将图(a)
【解】
(d)所示电路化为等效电流源。
520
4Q串联,即为等效电阻R),故Rj48R>=6Qo
520
根据诺顿定理,所有有源二端网络都可以被等效为如上图的电流源。
(a)ab短路时的短路时,2Q电阻被短路无电流流过,故电流源电流都从ab之间的导
线流过,即ls=2A。
(d)设节点电压即20Q电阻电压为U,上正下负
由节点电压法25UU3U0,故U=16V,Is=U/4=16/4=4A。
520/4\
内阻计算同题1.9.1。
1.9.3用上题中求出的开路电压Uab,除以中求出的短路电流Is,得到的电阻是否与等效电
源中的内阻相等,试分析其原因。
【解】(a)Uab/Is=4/2=2Q,与所得Ro相等;
(d)Uab/ls=32/4=8Q,与所得R相等;
由电源的等效变换可知,电压源和电流源要对ab之间产生相等的效果,就必须满足Uab=|S*R0
习题
1.2.1在图中,A、B两个电路模块,电流和电压的参考方向如图中所示,请计算下列情况下,联接线路上传输的电功率,并判断A、B模块中哪个产生电能,哪个消耗电能?
(1)I=5A,U=120V;
(2)I=-8A,U=250V;
(2)I=16A,U=-150V;
(2)I=-10A,U=-480V。
4
A
1f
U
B
■*
图习题1.2.1的电路图
【解】在模块A,电压与电流参考方向不一致,故P=-UI;在模块B,电压与电流参考方向
一致,故P=UI。
显然A与B的功率大小相等,一个产生电能,另一个就消耗电能。
下面均以模块A计算电功率:
(1)P=-UI=-5*120=-600W<0,A产生电能,B消耗电能;
(2)P=-UI=-(-8)*250=2000W>0,A消耗电能,B产生电能;
(1)P=-UI=-16*(-150)=2400W>0,A消耗电能,B产生电能;
(1)P=-UI=-(-10)*(-480)=-4800W<0,A产生电能,B消耗电能。
1.2.2汽车蓄电池没电时,发动机无法点火启动,这时可以将另外一辆汽车的蓄电池用联
接线与其相连充电。
连接时必须将正极连接在一起,负极连接在一起,如图所示,如果测得电流l=30A,求:
(1)哪辆车没电了?
图习题1.2.2的示意图
【解】
(1)在汽车A,电压与电流方向一致,故P=UI=12*30=360W>0,A消耗电能将之转
化为化学能储存起来,可知汽车
(2)W=PT=360*60=21600J,
A没电了。
1分钟共有21600焦耳的电能被传输到没电的电池里。
1.2.3在图中,六个电路元件
中哪几个元件产生电能,计算产生电能的总功率。
a〜f的电流和电压参考方向如图所示,数值见表,判断电路
图习题1.2.3的电路图
表习题1.2.3的电压电流数据
元件
电压/V
电流/A\
a
-18
-51
b
-18
45
c
2
-6
d
20
-20
e
16
-14
f
36
31
【解】元件a,电流与电压参考方向不一致,元件元件元件元件
b,
c,
d,
e,
电流与电压参考方向一致,电流与电压参考方向一致,电流与电压参考方向不一致电流与电压参考方向不一致
元件f,电流与电压参考方向一致,故元件a、b、c产生电能,总功率
Pa=-Ua|a=-(-18)*(-51)=-918W<0,a产生电能。
Pb=Ub|b=(-18)*(45)=-810W<0,b产生电能。
Pc=Uclc=2*(-6)=-12W<0,c产生电能。
Pd=-Ud|d=-20*(-20)=400W>0,d消耗电能。
Pe=-Ue|e=-16*(-14)=224W>0,e消耗电能。
Pf=Uflf=36*31=1116W>0,f消耗电能。
P=Pa+Pb+Pc=-918-810-12=-1740W。
1.3.1在图所示电路中,请根据欧姆定律分析:
(1)如果Us=1kV,I=5mA,求电阻Rl及其消耗的功率;
(2)如果Rl=300Q,Rl消耗的功率为480mW,求电流I和U
Rl
图习题1.3.1的电路图
【解】电阻上电压与电流方向一致,故Us=|Rl。
(1)RL=Us/l=1000/=200kQ,P=Ud=1000*=5W
Rl
(2)由电阻上的功率计算式P=I2R,I
P480103
4mA。
300
Us=IR=*300=
1.3.2在图所示电路中,请根据欧姆定律分析:
(1)如果ls=,Rl=20Q,求电压U和电源产生的功率Ps;
(2)如果R_=5kQ,Rl消耗的功率为8W,求Is和U。
图习题1.3.3的电路图
【解】(a)电阻上电流与电流源相同,故I=1A,方向与U—致,由欧姆定律
UIR155V;
P=UI=10*1=10W>0,故吸收电能。
1A电流源产生电能。
10V电压源上电流与电流方向一致,故
由于电阻是消耗电能的,故根据功率平衡,
(b)电阻上电压与电压源相同,故U=10V,方向与I一致,由欧姆定律IU102A。
\R5
1A电流源上电流与电压方向不一致,故P1a=-UI=-10*1=-10W<0,故产生电能。
电阻上消耗的电能P=|2r=22*5=20W,根据功率平衡P10v=-10W,故产生电能。
1.4.1一个4W,100Q的电阻允许通过的电流不应超过多少?
【解】由P=I2R,可知InJW00-2A,故允许通过的电流不应超过。
1.4.2要将6V50mA的灯泡接在12V的直流电源上,在图所示的两个电路中,哪个连接电路
灯泡能够正常发光?
请分析其原因。
+I十
120^120Q
12V丁12VT.
(Xf\l20Qn直
(a)(b)
/图习题1.4.2的电路图
【解】由U=IR,可知灯泡的电阻R=Un/|n=6/=120Qo
图(a)中,120Q与灯泡120Q串联,总电阻为120+120=240Q,电流为12/240=,灯泡上的电压为120*12/240=6V,电流电压均符合额定值,因此灯泡能正常发光。
图(b)中,下方的120Q与灯泡120Q并联后,电阻为120*120心20+120)=60Q,再与上方120Q的电阻串联,总电阻为120+60=180Q,灯泡上的电压为60*12/180=4V,不符合额定电压,因此灯泡不能正常发光。
1.4.3求图所示电路A点的电位。
10
2GJ
«1i1—A
E=3V
4G
图习题1.4.2的电路图
【解】4Q电阻上无电流,1Q电阻上电流为3/(1+2)=1A,故Va=6+1*仁7V。
1.4.4在图1.09所示电路中,求开关S断开和闭合时A点的电位Vao
\、+10Vo
5Q
\aL/
\5Q\S
\P/
图习题的电路图
【解】S断开时,两个5Q的电阻串联,根据串联分压,可知Va=5*10/(5+5)=5V。
S闭合时,下方的5Q的电阻被短路,A点直接接地,故Va=0Vo
1.5.1在图所示电路中,根据欧姆定律和基尔霍夫定律,求Ii,U2,计算电压源和电流源的功
率并判断其产生电能还是吸收电能。
图习题1.5.1的电路图
【解】由欧姆定律U=IR,h=4/2=2A,U2=2*3=6V。
由KCL,4V电压源的电流为2+2=4A,方向与电压不一致,故P4v=-UI=-4*4=-16W<0,产
生电能。
由KVL,2A电流源的电压为6-4=2V,方向与电流不一致,故P2a=-UI=-2*2=-4W<0,产生
电能。
1.5.2在图所示电路中,根据欧姆定律和基尔霍夫定律,求I1,I2,计算各元件的功率并判断
电路产生和消耗的功率是否平衡。
图习题1.5.2的电路图
【解】由KVL,8Q电阻的电压为8+4=12V,方向与I1不一致,故U=-IR,故l1=-U/R=-12/8=。
由KVL,3Q电阻的电压为5-4=1V,方向与b—致,故U=IR,故|2=U/R=1/3A。
电阻消耗的功率P=I2R,8Q电阻的功率P8Q=*8=18W3Q电阻的功率P3©=(1/3)2*3=1/3W。
8V电压源,电流与电压方向一致,P8v=UI=8*=-12W<0,产生电能。
5V电压源,电流与电压方向不一致,P5V=-UI=-5*(1/3)=-5/3W<0,产生电能。
4V电压源,由KCL知电流为+1/3=-7/6A,方向与电压方向一致,P4V=UI=4*(-7/6)=-14/3W<0,产生电能。
总功率为P3Q+P8Q+P8V+P5V+P4V=18+1/3-12-5/3-14/3=0,功率平衡。
1.6.1在图所示电路中,计算各电路中理想电源之外的总电阻及其消耗的功率。
图习题1.6.1的电路图
【解】(a)9Q和7Q的电阻串联9+7=16Q,再与4Q并联16*4/(16+4)=Q,再与6Q和12Q串联6+12+=Q。
故总电阻Q,P=J/R=107=。
(b)3kQ和5kQ和7Q的电阻串联3+5+7=15kQ,再与10kQ并联15*10/(15+10)=6kQ,再与4kQ串联6+4=10kQ。
故总电阻10kQ,P=IF=(3*10)*10*10=30mW/
(c)10Q和40Q的电阻并联10*40/(10+40)=8Q,再与22Q串联8+22=30Q,再与60Q并联60*30/(60+30)=20Q,再与80Q并联80*20/(80+20)=16Q,再与18Q串联16+18=34Q/故总电阻34Q,P=U?
/R=52/34=/
(d)600Q与300Q并联600*300/(600+300)=200Q,再与200Q并联200*200/(200+200)=100Q,250Q和150Q的电阻串联250+150=400Q,两者并联100*400/(100+400)=80Q。
故总电阻80Q,P=I2R=2*80=/
1.6.2在图所示电路中,用电源等效变换的方法求U/
1.6Q
'、20^60V()牛+
\认坏书险8qQU
\120丫05qQtt-
\图习题1.6.2的电路图
【解】利用电源等效变换,先将左边两个电压源等效为电流源,如下图
将电流源等效变换为电压源,如下图
由电阻串联分压可知U=8*72/++8)=48V。
1.7.1在图所示电路中,Us6V,ls3A,RR22,RaR41,用支路电流法求各
支路的电流。
图习题1.7.1的电路图
【解】步骤1:
设各支路电流如下图
步骤2:
根据KCL,对节点A,|1|2|3
对节点B,|3|4|s
步骤3:
根据KVL,对左边的网孔回路,USI1R1I2R2
对中间的网孔回路,|2R2I3R3I4R4
步骤4:
带入已知数据,得到方程组
11|2|3
I3I43
62I12I2
212I3I4
步骤5:
联立求解方程组,得到
1.7.2在图所示电路中,Us
I
R2
I2
13=2A,14=-1A。
3,用支路电流法求h,l2。
【解】步骤1未知支路电流
图习题1.7.2的电路图|1,I2图中已表明参考方向。
步骤
2:
根据KCL,对上方的节点,I2
步骤
3:
根据KVL,对右边的网孔回路,
Us11R12R2
12
步骤
4:
带入已知数据,得到方程组
l15
10
2I13I2
步骤5:
联立求解方程组,得到li=-1A,
|2=4A。
1.7.3在图所示电路中,用节点电压法法求
6A
r+r
刃.
J40Q
」80Qu£1120Q匕
Ui,U2。
8Q
1A
图习题1.7.3的电路图
【解】对8Q电阻左边的节点,6=U1U1U2
408
对8Q电阻右边的节点,U1U2U2H1
880120
对上述方程联立求解,得到U1=120V,U2=96V。
1.7.4在图所示电路中,用节点电压法法求U1,U2。
208040
对40Q电阻右边的节点,Ul一土11.25土
/404
对上述方程联立求解,得到Ui=100V,U2=50V。
1.8.1在图所示电路中,用叠加定理求U。
图习题1.8.1的电路图
【解】110V电压源单独作用时,4Q和6
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 上海 工程技术 大学 电工 技术 01 习题 解答