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例析物理竞赛中纯电阻电路的简化和等效变换
计算一个电路的电阻,通常从欧姆定律出发,分析电路的串并联关系。实际电路中,电阻的联接千变万化,我们需要运用各种方法,通过等效变换将复杂电路转换成简单直观的串并联电路。本节主要介绍几种常用的计算复杂电路等效电阻的方法。
1、等势节点的断接法在一个复杂电路中,如果能找到一些完全对称的点(以两端连线为对称轴),那么可以将接在等电势节点间的导线或电阻或不含电源的支路断开(即去掉),也可以用导线或电阻或不含电源的支路将等电势节点连接起来,且不影响电路的等效性。这种方法的关键在于找到等势点,然后分析元件间的串并联关系。常用于由等值电阻组成的结构对称的电路。【例题1】在图84甲所示的电路中,R1R2R3R4R5R,试求A、B两端的等效电阻RAB。模型分析:这是一个基本的等势缩点的事例,用到的是物理常识是:导线是等势体,用导线相连的点可以缩为一点。将图84甲图中的A、D缩为一点A后,成为图84乙图。
答案:RAB
3R
8
。
【例题2】在图85甲所示的电路中,R11Ω,R24Ω,
R33Ω,R412Ω,R510Ω,试求A、B两端的等效电阻
RAB。
模型分析:这就是所谓的桥式电路,这里先介绍简单的情形:
将A、B两端接入电源,并假设R5不存在,C、D两点的电势相
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f等。因此,将C、D缩为一点C后,电路等效为图85乙
对于图85的乙图,求RAB是非常容易的。事实上,只要满
足R1R3的关系,该桥式电路平衡。
R2
R4
答案:RAB
15Ω
4
。
【例题3】在如图所示的有限网络中,每一小段导体的电阻
均为R,试求A、B两点之间的等效电阻RAB。
【例题4】用导线连接成如图所示的框架,ABCD是正四面体,每段导线的电阻都是1。求AB间的总电阻。A
CB
D
2、电流分布法设有电流I从A点流入、B点流出,应用电流分流的思想和网络中两点间不同路径等电压的思想,(即基耳霍夫定理),建立以网络中各支路的电流为未知量的方程组,解出各支路电流与总
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f电流I的关系,然后经任一路径计算A、B两点间的电压UAB,
再由RAB
UABI
即可求出等效电阻。
B
【例题1】7根电阻均为r的电阻丝接成如
图所示的网络,试求出A、B两点之间的等效
A
电阻RAB。
【例题2】10根电阻均为r的电阻丝接成如图所示的网络,试求出A、B两点之间的等效电阻RAB。
【例题3】8根电阻均为r的电阻丝接成如图所示的网络r