【2021全国高中物理组】物理竞赛课件20：稳恒电路计算

1、稳恒电路计算,一段含源电路的欧姆定律,一段电路两端电势差等于这段电路中所有电源电动势与电阻上电压降的代数和，即为,基尔霍夫定律,基尔霍夫第一定律,基尔霍夫第二定律,在任一节点处，流向节点的电流之和等于流出节点的电流之和:,沿任一闭合回路的电势增量的代数和等于零，即,物质的导电特性,大块导体导电,电解液导电,气体导电,半导体导电,试手,被激导电,自激导电,示例,推导,例 讲,示例,推导,示例,示例,以电势降为正!,一段电路两端电势差等于这段电路中所有电源电动势与电阻上电压降的代数和，即为,返回,一段含源电路的欧姆定律,电流线的方向即正电荷定向移动方向，亦即该点电场方向。,电流线的疏密表示电流密度垂直于电流方向单位面积电流的大小。,大块导体各点的欧姆定律,返回,电流密度,一电路如图所示，已知R1=R2=R3=R4=2，R5=3，112V， 39V ，r1= r2= r3=1，求Uab、Ucd,专题20-例1,R1,R2,R3,a,d,c,1 r1,2 r2,3 r3,R4,R5,b,I,由全电路:,如图所示电路中，R1=2 ，R2=1 ，R3=3 ， 1 24V， 26 V，r1=2 ，r

2、2 =1，O点接地，试确定a、b、c、d各点电势及每个电池的端电压Uab、Ucd,专题20-例2,R1,R2,R3,a,1 r1,2 r2,b,O,由全电路:,d,c,电池1端压:,电池2端压:,返回,专题20-例3,R1,R2,R3,a,1 r1,2 r2,3 r3,R4,R5,b,分析:求出I3即可对ab用含源电路欧姆定律求得Uab;面对I1、I2、I3三个未知量，须由基尔霍夫定律列出三个独立方程方可求解。,对节点a：,对上半个回路：,对上半个回路：,由上三式可得：,例1电路中，若将c、d短路，a、b间电势差是多少？,等效电源,R,1 r1,2 r2,I,由基尔霍夫第二定律:,1,2,r2,I1,r2,r1,I2,I,由基尔霍夫第一定律:,由基尔霍夫第二定律:,RC充放电电路,+,+,设充电时间t，电量为q，在充电的某元过程中，由基尔霍夫定律：,I,U,惠斯通电桥,R1,R3,R4,A,B,C,D,Rg,R2,E r,电桥平衡,电势差计,A,1 r1,E,F,G,B,R,0 r0,S,1,2,工作原理:以基尔霍夫定律为依据,测定求知电源的 电虬民 电电动势,Rx,0,小试身手题4,

3、E1,E2,I1,R,3R,I2,I,R,R,各电流设定如图,I不变,则,E1两端电压为,I不变,则,A,B,I1,如图所示电路中，E1是内阻可不计的电源，E2是有一定内阻的电源，此时，有一电流通过E2若现在使E2的电动势增加1.5 ，但仍要保持通过E2的电流不变，电源E1的电动势必须增加几伏？电路中各电阻值如图中所标示,小试身手题5,各电流设定如图,代入数据整理得,如图所示电路，求通过电阻R1、R2、R3中的电流 .,B,小试身手题7,设10 V电压加在1、2两节点间，电路如图,3、4、5、6、7、8各点等势，这是一个平衡的电桥,则1、2之间总电阻为,如图所示，某电路中共有8个节点，连接任意两个节点间的电阻丝的阻值都是2，在此电路的任意两个节点之间加上10 V电压，试求通过电路的总电流、各支路的电流以及电路消耗的总功率 ,如图所示电路，电源电动势E，内阻不计，电容器的电容为C，电阻R1 R4 1，开关断开现将闭合，由闭合到电路稳定的过程中皮肤R3的电荷量是多少？,R2,R1,C,A,B,p,q,+,R4,R3,S断开时:,S闭合时:,+,+,含容电路示例1,当P向右匀速滑动时,电容器

4、放电！,P,电流表读数约为,如图所示电路，将电动势E=1.5 V，内阻r=0.5 的电源，与一粗细均匀的电阻丝相连，电阻丝的长度l=0.3 m，电阻R=100 ，当滑动触头以v=510-3m/s的速度向右滑动时，电流表G的读数为多少？并指出电流表正负极已知电容器的电容C=2 F,含容电路示例2,专题20-例4,先将立体网络变换成平面网络!,对电流通路DHEFBCD,由含源电路欧姆定律求各电容端电压:,阻值为R的四个等值电阻，电容为F的四个电容器以及四个电池在立方体框架的各边上连接起来，如图所示各电池的电动势E14 V，E28 V，E312 V，E416 V，它们的内阻可以忽略求各个电容器的电压和电量 若H点与B点之间短路，求电容器C2上的电量,在图示的网络中，已知部分支路上电流值及其方向，某些元件参数和支路交点的电势值（有关数值及参数已标在图上）请你利用所给的有关数值及参数求出含有电阻Rx的支路上电流值x及其方向,专题20-例5,10,10,5,10,1,E5=2V,E1=7V,E4=2V,0.2,5V,E2=10V,E3=7V,2V,6V,6V,7V,10V,I1=3A,I2=6A,

5、I3=2A,C2=4F,C1=5F,E6=10V,Rx,G,F,D,B,C,H,A,依据电路基本规律处理复杂网络问题,小试身手题8,E1,E2,R2,C1,C2,R1,1,2,开关打1时:,+,C2充电到电量为,能量为,开关打2时:,C2放电到电量为,能量为,通过电阻及电池的电量为,+,电阻R2放出电热为,如图所示，两个电池电动势E1=4，E2=，电容器C1、C2电容均为C，电阻器R1、R2阻值均为R求：当开关S由位置1转换到位置2后，在电阻器R2上释放的热量 ,R4,R3,小试身手题9,R1,C,S,-,+,R2,开关S闭合时:,外电阻为,路端电压为,电容器电量为,+,-,开关S打开时:,外电阻为,路端电压为,电容器电量为,通过R2的电量为:,如图所示的电路中，已知R1R2R3R420 ，100 V，r =10,C10-6 F，求当开关S打开后，通过电阻R2的电量 ,小试身手题10,S,A,B, 开关S断开时:,开关S闭合时:,在电压为18 V的直流电源与地线之间有一电路如图所示，在开关S断开时，图中A点和B点之间的电势差等于多少？又当S断开时，A点和B点的电势哪个高？当接通S时，B

6、点对地的电势变为多少？各个电容器所积蓄的电荷在S接通与断开时相比，改变了多少？,小试身手题11,d1,d2,等效电路如图,其中:,如图所示的平行板电容器极板面积为S，板间充满两层均匀介质，它们的厚度分别为d1和d2，介电常数为1和2，电阻率分别为1和2，当板间电压为U时，求通过电容器的电流；电容器中的电场强度；两介质交界面上自由电荷面密度,如图，电源电动势10 V，内阻不计C1为可变电容，电容可在7pF270pF间变化，将可变电容器电容调至最小断开开关S，当可变电容器的电容以每秒5 pF的速率增加时，AB间电势差UAB怎么变化？合上开关S，电路稳定后，以每秒5 pF增加其电容时流过电流计电流的方向和大小？,小试身手题12,S,B,A,S断开,O,S闭合电路稳定后,电容增大时,电压不变,被充电:,衍射光学元件 衍射光学 光束整形 光束整形器 高帽 https:/ 分束器 长焦 扩散器 激光打孔 激光玻璃切割,如图所示的电路中，电阻、电容元件的规格如下：R1：420 k，3 W；R2：120 k，2 W；R3：240 k，2 W；C1、C3：0.15F，500 V；C2、C4：0.1F，6

7、00 V；C5：0.002F，600 V；这个电路能否正常工作？如果不能，试根据计算确定元件烧毁或击穿的顺序,小试身手题13,+,R1,R3,R2,-,5电容构成电桥且平衡,小试身手题14,电流计指针基本不动,指示出在周期性开、合中通过表的平均电流!,在S闭合的1时间内电容器间转移电量,+,电源电流通过表的电量,在S打开的2时间内放电电量,+,+,一个周期内通过表的平均电流由,如图所示的电路中，开关S周期性地闭合和断开，其时间各为1=110-3s和2=2010-3s在这样的变换频率下安培表的指针实际上不再摆动试问这只磁电式安培计所指示的电流强度的读数为多少？已知R1R2100，C1C210F，U010 V，电池和安培计的内电阻很小均忽略不计,返回,专题20-例6,a,b,电流由电极进入大地的电流线球对称分布：,1 m处的跨步电压为：,如图所示电线被风吹断，一端触及地面，从而使200 A的电流由接触点流入地内，如图设地面水平，土地的电导率=10-2S/，当一个人走近输电线接地端，左、右两脚间（约0.6 m）的电压称跨步电压，试求距高压线触地点1 m和10 m处的跨步电压,小试身手题15,

8、D,A,B,C,I0,如图，一个平面把空间分为两个部分，一半空间充满了均匀的导电介质，而物理学家在另一半空间工作， 他们在平面上画出一个边长为a的正方形轮廓，使电流I0从正方形的相邻顶点A与B流入流出，同时测得另两个顶点C、D间的电势差为U，若已知以球对称分布的电流在半空间里引起的电场强度大小，（r为到球心的距离，为导电介质的电阻率），物理学家确定的均匀介质的电阻率是多少？,小试身手题18,电缆的径向电阻为,电缆的径向漏电电流为,一电缆的芯线是一根半径为r1=5 mm的铜线，在铜线外包有一层同轴的绝缘层，其外半径r2=10 mm，电阻率=1.01012m，在绝缘层外又用铅层加以保护，如图所示求:长L=1000 m的这种电缆沿径向的漏电电阻；当芯线与铅层间的电势差为100 V时，电缆沿径向的电流,返回,.,电流通过HgI2电解液，在两极即左、右两段水银柱发生化学反应,R,E,左端,右端,其中,小试身手题20,返回,如图所示是广泛应用于电子技术中的“水银钟”的核心部分，在封口的毛细管内有两段水银柱，它们被一小滴HgI2电解液隔开，毛细管的内径d0.3 mm，管子与电阻R390 k的电阻串联

9、，再接到电动势E10 V的电池上“水银钟”用作小型定时装置，运行时间计算器，也用作库仑测量器测量长时间内通过电路的电量（1）HgI2液滴向左还是向右移动？ （2）若“水银钟”标尺上一个刻度长度为cm，它指示多少时间? （MHg=20110-3kg/mol，=13.6103kg/m3）,专题20-例7,空气被激导电,载流子有正、负离子：,电流密度为：,用X射线使空气电离时，在平衡情况下，每立方厘米有1.0107对离子已知每个正或负离子的电量均为基元电量e，正离子平均定向移动速率cm/s，负离子的平均定向移动速率cm/s，求这时空气中电流密度的大小,.,小试身手题19,空气被激导电,载流子有正、负离子；,设地面大气电场强度为E，则,在地面附近的大气里，由于土壤的放射性和宇宙线的作用，平均每1 cm3的大气中约有5对离子，已知其中正离子的迁移率（单位电场强度引起的平均定向移动速率）为1.3710-4 m2/sV，负离子的迁移率为1.9110-4 m2/sV，正、负离子所带电量大小均为1.6010-19 C，求地面大气的电导率 ,返回,专题20-例8,利用基尔霍夫定律及欧姆定律可求出未知电阻,

10、如图所示的晶体管工作电路中，=6 V，内阻不计，Uec=1.96 V，Ueb=0.20 V，Ic=2.0 mA，Ib=20 A，I2=0.40 mA，Rc=1 k求R1、R2、Re阻值,小试身手题16,b,e,c,Rc,Rb,集电极电流,发射极电流,如图所示为晶体管固定偏置电路，若已知Ec=6.0 V，Rc=1.0 k，电流放大系数=50，发射结正向电压Ueb=0.30 V，基极电流Ib=60 A，晶体管在静态工作时，求偏置电阻Rb；电流Ic；管压降Uec；发射极电流Ie,小试身手题17,b,e,c,R1,R2,Rc,Re,I2,Ie,Ic,Ib,I1,基极电流,在如图所示放大电路中，若已知Ec=9.0 V，Re=1.0 k，R2=5.0 k，Ueb=0.20 V，发射极电流Ie=1.05 mA，集电极电流Ic=1.0 mA，求偏流电阻R1的阻值 ,a,P,b,小试身手题1,A,Pa,Pb,P中,正确答案选D,如图所示电路中，电源电动势恒定，内阻不计，R1=R2 ,则当变阻器滑动片从 a端滑向b端过程中电流表读数 A逐渐减小 B逐渐增大 C先增大后减小 D先减小后增大,小试身手题2,1

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