《电工学》上册课后答案.doc

1、图 1: 习题1.5. 1图I1 = 4A U1 = 140V U4 = 80VI2 = 6AU2 = 90V U5 = 30VI3 = 10A U3 = 60V1 电 路 的 基 本 概 念 与 定 律1.5 电 源 有 载 工 作 、 开 路 与 短 路1.5.1在 图1中,五 个 元 件 代 表 电 源 和 负 载 。 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。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？解:2 元件1，2为电源；3，4，5为负载。3

2、 P1 = U1I1 = 140 (4)W = 560W P2 = U2I2 = (90) 6W = 540W P3 = U3I3 = 60 10W = 600WP4 = U4I1 = (80) (4)W = 320W P5 = U5I2 = 30 6W = 180WP1 + P2 = 1100W负载取用功率 P = P3 + P4 + P5 = 1100W两者平衡电 源 发 出 功 率 PE =1.5.2在 图 2中 ， 已 知 I1 = 3mA ,I2 = 1mA .试 确 定 电 路 元 件 3中 的 电 流 I3和 其 两 端 电压U 3，并说明它是电源还是负载。校验整个电路的功率是否

3、平衡。解 首先根据基尔霍夫电流定律列出图 2: 习题 1.5.2图I1 + I2 I3 = 03 + 1 I3 = 0可求得 I3 = 2mA, I3的实际方向与图中的参考方向相反。 根据基尔霍夫电流定律可得U3 = (30 + 10 103 3 103 )V = 60V其次确定电源还是负载：1 从电压和电流的实际方向判定：电路元件380V元件30V元件电流 I3 从 “+” 端流出 ,故为电源 ;电流 I2 从 “+” 端流出，故为电源； 电流 I1 从 “+” 端流出，故为负载。2 从电压和电流的参考方向判别：电 路 元 件3 U3 和 I3的 参 考 方 向 相 同 P = U3 I3

4、= 60 (2) 103W =120 103W （负值），故为电源；80V元 件 U2 和 I2的 参 考 方 向 相 反P = U2I2 = 80 1 103W =80 103W （正值），故为电源；30V元 件 U1 和 I1参 考 方 向 相 同 P = U1I1 = 30 3 103 W = 90 103W （正值），故为负载。两者结果一致。 最后校验功率平衡： 电阻消耗功率:2 2P R1 = R 1I1 = 10 3 mW = 90mW2 2P R2 = R 2I2 = 20 1 mW = 20mW电源发出功率:P E = U2 I2 + U3 I3 = (80 + 120)mW

5、= 200mW负载取用和电阻损耗功率:P = U1I1 + R1 I 2 + R 2I 2 = (90 + 90 + 20)mW = 200mW1 2两者平衡1.5.3有 一 直 流 电 源 ， 其 额 定 功 率 PN = 200W ， 额 定 电 压 UN = 50V 。 内 阻R 0 =0.5，负载电阻 R可以调节。其电路如教材图 1.5. 1所示试求：1 额定工作状态下的电流及负载电阻；2 开路状态下的电源端电压；3 电源短路状态下的电流。解PN(1) 额定电流 IN = UN200=50 A = 4A, 负载电阻R = UNIN50= = 12.54(2) 电源开路电压U 0 = E

6、 = UN + IN R0 = (50 + 4 0.5)V = 52VE(3) 电源短路电流 IS = R052=0.5A = 104A1.5.4有 一 台 直 流 稳 压 电 源 ， 其 额 定 输 出 电 压 为 30V ,额 定 输 出 电 流 为 2A， 从 空 载 到额定负载，其输出电压的变化率为千分之一（即 U = U0 UNUN= 0.1%),试求该电源的内阻。解 电 源 空 载 电 压 U0 即 为 其 电 动 势 E， 故 可 先 求 出 U0 ， 而 后 由U = E R 0I ， 求内阻 R 0。由此得U0 UNUNU0 3030= U= 0.1 %U0 = E = 30

7、.03VUNN再由U = E R 0I30 = 30.03 R0 2得出R0 = 0.0151.5.6一 只 110V 、8W 的 指 示 灯 ， 现 在 要 接 在 380V 的 电 源 上 ， 问 要 串 多 大 阻 值 的 电阻？该电阻应选多大瓦数的？解 由指示灯的额定值求额定状态下的电流 IN 和电阻 RN ：I = PN N8 UN= A = 0.073A RN =110 IN110= = 15070.073在 380V 电源上指示灯仍保持 110V 额定电压，所串电阻其额定功率R = U UNIN= 380 1100.073 = 3700P N = RI 2 = 3700 (0.0

8、73)2W = 19.6W故可选用额定值为 3.7K 、 20W 的电阻。1.5.8图 3所 示 的 是 用 变 阻 器 R调 节 直 流 电 机 励 磁 电 流 If 的 电 路 。 设 电 机 励 磁 绕 组 的 电 阻 为 315,其 额 定 电 压 为 220V ,如 果 要 求 励 磁 电 流 在0.35 0.7A的 范 围 内 变 动，试在下列三个变阻器中选用一个合适的:(1) 1000、0.5A；(2) 200、1A；(3) 350、1A。解当R = 0时当 I = 0.35A时220I =315 = 0.7AR + 315 = 2200.35 = 630R = (630 315

9、) = 315因此，只能选用350 、1 A的变阻器。图 3: 习题 1.5.8图1.5.11图 4所 示 的 是 电 阻 应 变 仪 中 测 量 电 桥 的 原 理 电 路 。 Rx是 电 阻 应 变 片 ， 粘 附 在 被 测 零 件 上 。 当 零 件 发 生 变 形 （ 伸 长 或 缩 短 ） 时 ， Rx的 阻 值 随 之 而 改 变 ， 这 反 映 在 输 出 信 号 Uo 上 。 在 测 量 前 如 果 把 各 个 电 阻 调 节 到 Rx = 100，R 1 = R2 =Rx200，R3 = 100， 这 时 满 足 R3时，如果测出:= R 1R2的 电 桥 平 衡 条 件

10、，U o = 0。 在 进 行 测 量(1) Uo = +1mV ；(2) Uo = 1mV ； 试 计 算 两 种 情 况 下 的 Rx。 Uo 极 性 的 改 变反映了什么？设电源电压 U 是直流 3V 。解 (1) Uo = +1 mV图 4: 习题1.5.11 图 应用基尔霍夫电压定律可列出:Uab + Ubd + Uda = 0Uab + Uo Uad = 0或UR x + R 3URx + Uo 2 = 03RxR x + 100 + 0.001 1.5 = 0解之得R x = 99.867 因零件缩短而使 Rx阻值减小 ， 即(2) Uo = 1mV同理R x = (99.867

11、 100) = 0.133 3RxR x + 100 0.001 1.5 = 0R x = 100.133 因零件伸长而使 Rx阻值增大 ， 即R x = (100.133 100) = +0.133 Uo 极性的变化反映了零件的伸长和缩短。1.5.12图5是 电 源 有 载 工 作 的 电 路 。 电 源 的 电 动 势E = 220V ， 内 阻R 0 = 0.2； 负 载 电 阻 R1 = 10，R 2 = 6.67； 线 路 电 阻R l = 0.1。 试 求 负 载 电 阻R 2并 联 前 后 ： (1)电 路 中 电 流 I ； (2)电 源 端 电 压 U1和 负 载 端 电 压

12、 U2;(3)负 载 功 率 P 。 当 负 载 增 大 时 ， 总 的 负 载 电 阻 、 线 路 中 电 流 、 负 载 功 率 、 电 源 端 和 负 载 端 的 电 压 是 如 何变化的？解 R 2并联前，电路总电阻图 5: 习题 1.5.12图R = R0 + 2Rl + R1 = (0.2 + 2 0.1 + 10) = 10.4 (1) 电路中电流EI = =R22010.4A = 21.2ARR(2) 电源端电压U1 = E R 0I = (220 0.2 21.2)V = 216V负载端电压(3) 负载功率U2 = R 1I = 10 21.2V = 212VP = U2I

13、= 212 21.2W = 4490W = 4.49kWR2 并联后，电路总电阻R 1R 2 10 6.67R = R0 + 2Rl +1(1) 电路中电流+ R 2 = (0.2 + 2 0.1 + 10 + 6.67 ) = 4.4 (2) 电源端电压EI = =R2204.4 A = 50AU1 = E R 0I = (220 0.2 50)V = 210V负载端电压R1 R 2 10 6.67(3) 负载功率U2 =1 + R 2I = 50V = 200V10 + 6.67P = U2I = 200 50W = 10000W = 10 kW可 见 ， 当 负 载 增 大 后 ， 电

14、路 总 电 阻 减 小 ， 电 路 中 电 流 增 大 ， 负 载 功 率 增 大 ， 电 源端电压和负载端电压均降低。1.6 基 尔 霍 夫 定 律1.6.2试求图 6所示部分电路中电流 I 、 I1 和电阻R ，设U ab = 0。解 由基尔霍夫电流定律可知， I = 6A。 由于设U ab = 0，可得I1 = 1A6I2 = I3 = 2 A = 3A图 6: 习题 1.6.2图并得出I4 = I1 + I3 = (1 + 3)A = 2AI5 = I I4 = (6 2)A = 4A因I5R = I4 1得R = I4I52= = 0.541.7 电 路 中 电 位 的 概 念 及 计 算1.7.4解在图 7中，求 A点电位 VA 。图 7: 习题1.7.4 图I1 I2 I3 = 0 (1)50 VAI1 = (2)10I2 = VA (50) (3)5VA将式 (2)、 (3)、 (4)代入式 (1)，得I3 = (4)2050 VA VA + 50 VA10 5 20 = 0VA = 14.3V