例析物理竞赛中纯电阻电路的简化和等效变换

 

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8-4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。

答案:RAB = 3R 。 8

【例题2】在图8-5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

电路平衡。

答案:RAB = 15Ω 。 4R1R3=的关系,该桥式R2R4

【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

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