第一章课后习题教学文案
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1.1 在如图1.6所示各电路中。
(1)元件1消耗10W功率,求电压U ab;
(2)元件2消耗W功率,求电压U ab;
(3)元件3产生10W功率,求电流I;
(4)元件4产生W功率,求电流I。
图1.6 习题1.1的图
分析本题考查电流、电压参考方向的关联性和功率,题目不难,但一不小心就容易出错。运用功率公式计算时,电压和电流参考方向关联时采用公式,非关联时采用公式。此外,由于元件3产生10W功率,故W;元件4产生W功率,故W,实际上元件4吸收了10W功率。
解(1)元件1的电流与电压是关联参考方向,根据功率计算公式得:
(V)
(2)元件2的电流与电压是非关联参考方向,根据功率计算公式得:
(V)
(3)元件3的电流与电压是关联参考方向,根据功率计算公式得:
(A)
(4)元件4的电流与电压是关联参考方向,根据功率计算公式得:
(A)
1.2 求如图1.7所示各电路中各电源的功率,并指出是吸收功率还是放出功率。
图1.7 习题1.2的图
分析计算电路时,应先标出各待求元件或支路电流和电压的参考方向,根据元件或支路电流和电压参考方向的关联关系确定待求量。一般情况下,参考方向可直接标在原电路图中,不必另画出电路图。
解标出各待求元件电流和电压的参考方向,如图1.8所示。
图1.8 习题1.2解答用图
(1)如图1.8(a)所示电路中的电流为:
(A)
所以,10V电源的功率为:
(W)
,故10V电源放出功率。
(2)如图1.8(b)所示电路中,3A电源的电压为:
(V)
所以,3A电源的功率为:
(W)
10V电源的功率为:
(W)
根据计算结果可知,3A电源放出功率,10V电源吸收功率。
(3)如图1.8(c)所示电路中的电流为:
(A)
所以,20V电源的功率为:
(W)
10V电源的功率为:
(W)
根据计算结果可知,20V电源放出功率,10V电源吸收功率。
1.3 在图1.9中,5个元件电流和电压的参考方向如图中所示,今通过实验测量,得知,,,,,。
(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?
分析本题共3个小题。第(1)小题应掌握电流、电压的实际方向与参考方向的关系:当实际方向与参考方向一致时,其实验测量值或计算值为正值,当实际方向与参考方向相反时,其实验测量值或计算值为负值。第(2)小题判别元件是电源还是负载,这里可根据电流和电压的实际方向判别:若电流和电压的实际方向相同,电流从高电位端流向低电位端,则元件吸收功率,为负载;若电流和电压的实际方向相反,电流从低电位端流向高电位端,则元件放出功率,为电源。第(3)小题计算各元件功率,用参考方向计算,所有元件的功率之和应等于零,则功率平衡,否则说明计算有误或实验数据有错。
解(1)先根据参考方向和KVL计算元件4、5的电压,分别为:
(V)
(V)
根据实验测量值或计算值,可标出各元件电流、电压的实际方向,如图1.10所示。
(2)根据电流和电压的实际方向可知元件1、2为电源,元件3、4、5为负载。
(3)根据参考方向计算各元件的功率,分别为:
(W)
(W)
(W)
(W)
(W)
所有元件的功率之和为:
可见功率平衡。
图1.9 习题1.3的图图1.10 习题1.3解答用图
1.4 在图1.11中,已知,。试确定元件N中的电流I3和它两端的电压U3,并说明它是电源还是负载。校验整个电路中的功率是否平衡。
分析电路有2个节点、3条支路和3个回路,欲求元件N的电流和电压,必须应用基尔霍夫定律。
解设元件N上端节点为a,左边回路的方向为顺时针方向,如图1.12所示。对节点a列KCL方程,为:
(mA)
对左边回路列KVL方程,为:
(V)
根据参考方向计算元件N的功率,为:
(mW)
可见元件N放出功率,为电源。
30V电源的功率为:
(mW)
80V电源的功率为:
(mW)
10kΩ电阻的功率为:
(mW)
20kΩ电阻的功率为:
(mW)
所有元件的功率之和为:
可见功率平衡,其中30V电源的功率,说明该电源实际上处于负载状态。
图1.11 习题1.4的图图1.12 习题1.4解答用图
1.5 用如图1.13所示电路可以测量并绘制实际电源的伏安特性曲线。今测得某直
流电压源的空载电压为V;负载时的电流和电压分别为A、V。试绘制此电源的伏安特性曲线,并建立此电源的电压源模型及电流源模型。
分析电源的电压源模型为恒压源U S和内阻R0串联,电流源模型为恒流源I S 与内阻R'0并联。由图1.4可知,U S就等于电源的开路电压U OC,I S就等于电源的短路电流I SC,所以,建立电源的电压源模型和电流源模型,实际上就是求电源的开路电压U OC、短路电流I SC、内阻R0和R'0。
解(1)求电源的电压源模型。由题意可知:
(V)
根据电压源的伏安关系,得:
(Ω)
(2)求电源的电流源模型。
(A)
根据电流源的伏安关系,得:
(Ω)
(3)画电源的伏安特性曲线,如图1.14所示。
图1.13 习题1.5的图图1.14 习题1.5解答用图
1.6 一直流发电机,其额定电压为V,额定功率为kW。
(1)试求该发电机的额定电流I N和额定负载电阻R N;