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1、上海工程技术大学-电工技术-第章习题解答 作者： 日期：25 第一章 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1.2.4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，
2、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)=80W0，为负载；1.2.2 如图1.2.5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。 图1.2.5 思考题1.2
3、.2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（方向不一致）故应在功率计算公式加上负号，则P=-UI=-500*1000*1800=-900MW由于P0，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=-5W0，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=-5W0，故吸收电能，在此电路中做负载。1.3.2在图1.3.9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。 图1
4、.3.9 思考题1.3.2的电路图【解】（a）电阻上电压与电压源相同，方向与Ia一致，由欧姆定律，电阻消耗的功率；（b）电阻上电流与电流源相同，方向与Ub不一致，由欧姆定律，电阻消耗的功率；（c）电阻上电流与电流源相同，方向与Uc一致，由欧姆定律，电阻消耗的功率；（d）电阻上电压与电压源相同，方向与Ia不一致，由欧姆定律，电阻消耗的功率。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？【解】电气设备上标记的就是额定数值，故此灯管额定电压UN=220V，额定功率PN=5W。由P=UI可知，故最大电流不能超过额定电流22.7mA。1.4.2 一个电热器从220 V的电源
5、取用的功率为1000 W，如将它接到110 V的电源上，则取用的功率为多少？【解】由，无论接在电压多大的电源上，电热器的电阻值不会改变，故接在110V的电源上时，取用的功率。1.4.3图1.4.7所示电路中，A点的电位是多少？【解】接地点电位为0V，6V电源的正极电位比其负极（接地点）高6V，即+6V，3V电源的负极即A点应比其正极低3V，故VA=6-3=3V。图1.4.7 思考题1.4.3的电路1.5.1电路如图1.5.7所示，根据欧姆定律和基尔霍夫定律求U和I。图1.5.7 思考题1.5.1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=
6、15V（b）由KCL可知，I=1-2=-1A1.5.2电路如图1.5.8所示，根据欧姆定律和基尔霍夫定律求：（1）；（2）；（3）；（4）；（5）24V电压源提供的功率。图1.5.8 思考题1.5.2的电路 【解】（1）由欧姆定律和基尔霍夫定律可知，24=3I5+7I5+2I5，故；（2）由欧姆定律，U1与I5参考方向不一致，故U1=-2I5=-2*2=-4V；（3）由欧姆定律，U2与I5参考方向一致，故U2=3I5=3*2=6V；（4）由欧姆定律，U5与I5参考方向一致，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
7、.3 在图1.5.9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的数值。图1.5.9 思考题1.5.3的电路图【解】由欧姆定律可知，24电阻上电流为120/24=5A，8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/I=80/20=4。1.6.1电路如图1.6.5所示，求：（1）U；（2）电流源产生的功率PE；（3）最右端4电阻上的电流I及其消耗的功率P4。图1.6.5 思考题
8、1.6.1的电路【解】（1）由电阻的串并联等效可知，最右端2和4电阻串联后为2+4=6，6与3并联后为3*6/（3+6）=2，2和2电阻串联后为2+2=4，4与4并联后为4*4/（4+4）=2，故电路的总电阻R总=2。由欧姆定律，电阻上的电流与U方向一致，故U=IR=6*2=12V。（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4并联的4等效电阻分到电流为4*6/（4+4）=3A，与3并联的6电阻分到电流为3*3/（3+6）=1A，即为最右端4电阻上的电流I，故I=1A，P4=I2R=12*4=4W。1.6.2电路如图1.6.6
9、所示，请求：（1）未接入负载电阻时，电路的开路电压；（2）时的输出电压；（3）负载两端发生短路时，25k的电阻上消耗的电功率。图1.6.6 思考题1.6.2的电路【解】（1）未接入负载电阻RL时，75k与25k串联分压，故UO=75*200/（25+75）=150V（2）RL=150k时，其与75k电阻并联后等效电阻为150*75/（150+75）=50k，50k与25k串联分压，故UO=50*200/（25+50）=133.3V（3）负载RL两端发生短路时，电路中电阻只有25k，其电压为电源电压200V，其消耗的功率为。1.6.3应用电源的等效变换画出图1.6.7（a）（b）的等效电流源和图
10、1.6.7（c）（d）的等效电压源。图1.6.7 思考题1.6.3的电路【解】由电源的等效变换可知，电压源替换为电流源时电流的大小为US/R0，内阻大小不变改为并联；电流源替换为电压源时电压的大小为ISR0，内阻大小不变改为串联。变换时对外产生的电压电流方向不变。故等效电源如下图所示。1.7.1图1.7.2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
11、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1.7.7的电路中，用节点电压法求U1、U2、I1，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1.7.3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U1、U2。由KCL，对5电阻左边的节点，由KCL，对5
12、电阻右边的节点，联立求解可得U1=60V，U2=10VI1=（U1-U2）/5=（60-10）/5=10A15A电流源，电压U1与电流方向不一致，故P=-UI=-60*15=-900W0，消耗电能。1.8.1在图1.8.4（a）所示的电路中试求流过2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。（1）根据欧姆定律得 (2) 根据叠加定理两电源共同作用得(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1.8.4(b)所示,图1.8.4 思考题1.8.1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2电阻
13、被短路，故电阻上电流为零。因此2电阻上的电流即12V电源单独作用时，产生的电流I=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，2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2电阻被视作内阻，其电流不再等效。1.8.2 图1.8.5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I=1A。请用叠加原理分析，若图中电路的电流源大小变成3IS时，R2上的电流I的数值。图1.8.5 思考题1.8.2的电路图【解】根据叠加定理，电流源大小变成3IS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+ I+2 I=5+1+2*1=8A。1.9.1 应用戴维宁定理将图1.9.8所示电路化为等效电压源。 图1.9.8思考题1.9.1的电路图【解】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2电阻上的电流方向不一致，故E=Uab=-4*2=-8V电流源不作用时ab间的等效电阻即为R0=2。（b）E=
