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电路
一、电路的基本知识
【例1】为了使一圆柱形导体棒电阻不随温度变化,可将两根截面积相同的碳棒和铁棒串联起来,已知碳的电阻率为,电阻率温度系数℃,而铁,℃求这两棒的长度之比是多少?
解:各种材料的长度和截面积都会随温度变化而变化,但它们电阻率的变化比线度的变化要明显得多(一般相差两个数量级),因此可以忽略线度的变化。
将代入,得
式中为材料0℃时电阻
将碳棒和铁棒串联,总电阻为
要R不随温度变化,必须有
由,可知截面积相同的两棒长度之比为
二、纯电阻电路的简化和等效
在复杂电路中,当导体间串、并联的组合关系不很规则时,要进行电路的简化,简化电路方法较多,这里介绍几种常用的方法:
1.分支法:
【例2】画出图(甲)的等效电路。
【解析】第一支线:以A经电阻R1到B(原则上以最简便直观的支路为第一支线).
第二支线:以A经由电阻R2到C到B.
第三支线:以A经电阻R3到D再经R4到B
以上三支线并联,且C、D间接有S.简化图(乙)所示.
2.等势缩点法:
将电路中电势相等的点缩为一点,是电路简化的途径之一。至于哪些点的电势相等,则需要具体问题具体分析——
【例3】在图甲所示的电路中,R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R ,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8-4甲图中的A、D缩为一点A后,成为图8-4乙图
对于图8-4的乙图,求RAB就容易了。
【答案】RAB = R 。
【例4】在图甲所示的电路中,R1 = 1Ω ,R2 = 4Ω ,R3 = 3Ω ,R4 = 12Ω ,R5 = 10Ω ,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两点的电势有什么关系?
☆学员判断…→结论:相等。
因此,将C、D缩为一点C后,电路等效为图8-5乙
对于图8-5的乙图,求RAB是非常容易的。事实上,只要满足= 的关系,我们把桥式电路称为“平衡电桥”。
【答案】RAB = Ω 。
〖相关介绍〗英国物理学家惠斯登曾将图8-5中的R5换成灵敏电流计○G,将R1 、R2中的某一个电阻换成待测电阻、将R3 、R4换成带触头的电阻丝,通过调节触头P的位置,观察电流计示数为零来测量带测电阻Rx的值,这种测量电阻的方案几乎没有系统误差,历史上称之为“惠斯登电桥”。
请参照图8-6思考惠斯登电桥测量电阻的原理,并写出Rx的表达式(触头两端的电阻丝长度LAC和LCB是可以通过设置好的标尺读出的)。
【答案】Rx = R0 。