《电工学》上册课后答案

1、1 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图 1: 习题1.5.1图I1 = 4A U1 = 140V U4 = 80VI2 = 6AU2 = 90V U5 = 30VI3 = 10A U3 = 60V1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:学习文档 仅供参考2元件1，2为电源；3，4，5为负载。3P1 = U1I1 = 140 × (4)W = 560W P2 = U2I2

2、 = (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 =学习文档 仅供参考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U3，并说明它是电源还是负载。校验整个电路的功率是否平衡。学习文档 仅供参考解首先根据基尔霍夫电流定律列

3、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：学习文档 仅供参考电路元件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。学习文档 仅供参考2从电压和电流的参考方向判别：电路元件3U3 和I3的参考方向相同P = U3 I3 = 60 

4、15; (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 2PR1= R1I1 = 10 × 3 mW = 90mW2 2PR2= R2I2 = 20 × 1 mW = 2

5、0mW学习文档 仅供参考电源发出功率:PE = U2 I2 + U3 I3 = (80 + 120)mW = 200mW负载取用和电阻损耗功率:P = U1I1 + R1 I 2 + R2I 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R0 =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。解学习文档 仅供参考PN(1) 额定电流IN =UN200=50A = 4A, 负载电阻R =

6、UNIN50= = 12.54学习文档 仅供参考(2) 电源开路电压U0 = E = UN + IN R0 = (50 + 4 × 0.5)V = 52V学习文档 仅供参考E(3) 电源短路电流IS =R052=0.5A = 104A学习文档 仅供参考1.5.4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学习文档 仅供参考即U = U0 UNUN= 0.1%),试求该电源的内阻。学习文档 仅供参考解 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 R0I ，求内阻R0。学习文档 仅供参考由此得

7、U0 UNUNU0 3030= U= 0.1 %学习文档 仅供参考U0 = E = 30.03V学习文档 仅供参考再由U= E R0I30 = 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 ：学习文档 仅供参考UNI= PN N8UN=A = 0.073A RN =110IN110= = 15070.073学习文档 仅供参考在380V 电源上指示灯仍保持110V 额定电压，所串电阻学习文档 仅供参考其额定功率R

8、 = U UNIN= 380 1100.073 = 3700学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考NPN = RI 2= 3700 × (0.073)2W = 19.6W学习文档 仅供参考故可选用额定值为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，试在以下三个变阻器中选用一个合适的:(1) 1000、0.5A；(2) 200、1A；(3) 350、1A。学习文档 仅供参考解当R = 0时当I = 0.35A时220I =315=

9、0.7A学习文档 仅供参考R + 315 =2200.35= 630学习文档 仅供参考R = (630 315)= 315因此，只能选用350、1A的变阻器。学习文档 仅供参考图 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，R1 = R2 =学习文档 仅供参考Rx200，R3 = 100，这时满足R3时，如果测出:= R1R2的电桥平衡条件，Uo = 0。在进行测量学习文档 仅供参考(1) Uo =

10、+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 = +1mV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或学习文档 仅供参考URx + R3URx + Uo 2= 0学习文档 仅供参考3RxRx + 100+ 0.001 1.5 = 0学习文档 仅供参考解之得Rx = 99.867 因零件缩短而使Rx阻值减小，即学习文档 仅供参考(2) Uo = 1mV同理Rx = (99.867 100) = 0.133 学习文档 仅供

11、参考学习文档 仅供参考3RxRx + 100 0.001 1.5 = 0学习文档 仅供参考Rx = 100.133 因零件伸长而使Rx阻值增大，即Rx = (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R0 = 0.2；负 载电阻R1 = 10，R2 = 6.67；线路电阻Rl = 0.1。试求负载电阻R2并联前 后：(1)电路中电流I ；(2)电源端电压U1和负载端电压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

12、？解R2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) 电路中电流学习文档 仅供参考EI =R22010.4A = 21.2A学习文档 仅供参考(2) 电源端电压U1 = E R0I = (220 0.2 × 21.2)V = 216V负载端电压学习文档 仅供参考(3) 负载功率U2 = R1I = 10 × 21.2V = 212V学习文档 仅供参考P = U2I = 212 × 21.2W = 4490W = 4.49kWR2 并联后，电路总电阻学习

13、文档 仅供参考RR1R210 × 6.67学习文档 仅供参考R = R0 + 2Rl +1(1) 电路中电流+ R2= (0.2 + 2 × 0.1 + 10 + 6.67 ) = 4.4 学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考(2) 电源端电压EI =R2204.4A = 50A学习文档 仅供参考U1 = E R0I = (220 0.2 × 50)V = 210V学习文档 仅供参考负载端电压R1 R210 × 6.67学习文档 仅供参考(3) 负载功率U2 =R1+ R2I = 50V = 200V×10 + 6.67学习文档 仅供参考P =

14、 U2I = 200 × 50W = 10000W = 10kW可见，当负载增大后，电路总电阻减小，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Uab = 0。解由基尔霍夫电流定律可知，I = 6A。 由于设Uab = 0，可得I1= 1A6I2= I3 = 2 A = 3A学习文档 仅供参考图 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得学习文档 仅供参考R = I4

15、I52= = 0.54学习文档 仅供参考1.7 电路中电位的概念及计算1.7.4学习文档 仅供参考解在图7中，求A点电位VA 。图 7: 习题1.7.4图学习文档 仅供参考I1 I2 I3 = 0(1)50 VA学习文档 仅供参考I1 =(2)10学习文档 仅供参考I2 =VA (50) (3)5VA学习文档 仅供参考将式(2)、(3)、(4)代入式(1)，得I3 =(4)20学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考50 VAVA + 50VA学习文档 仅供参考105 20 = 0VA = 14.3V学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考目录第2.7.1题.19第2.7.2题.19第2.7.5题.2

16、0第2.7.7题.21第2.7.8题.22第2.7.9题.22第2.7.10题.23第2.7.11题.24第2章 电路的分析方法3 第2.1节 电阻串并联接的等效变换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第2.1.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第2.1.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第2.1.3题 . . . . . . . . . .

17、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第2.1.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第2.1.6题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第2.1.7题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第2.1.8题 . . . . . . . . . . . . . . . .

18、. . . . . . . . . . . . . . . 7 第2.3节 电源的两种模型及其等效变换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 第2.3.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 第2.3.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第2.3.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19、. . 9 第2.4节 支路电流法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 第2.4.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 第2.4.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第2.5节 结点电压法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 第2.5.1题

20、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 第2.5.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第2.5.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 第2.6节 叠加定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 第2.6.1题 . . . .

21、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 第2.6.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 第2.6.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 第2.6.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 第2.7节 戴维南定理与诺顿定理 . . .

22、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19学习文档 仅供参考List of Figures1习题2.1.1图 .32习题2.1.2图 .43习题2.1.3图 .44习题2.1.5图 .65习题2.1.7图 .76习题2.1.8图 .77习题2.3.1图 .88习题2.3.2图 .99习题2.3.4图 .910习题2.4.1图 .1011习题2.4.2图 .1112习题2.5.1图 .1313习题2.5.2图 .1314习题2.5.3图 .1415习题2.6.1图 .1516习题2.6.2图 .1617习题2.6.3图 .1718习题2.6.4图 .1819

23、习题2.6.4图 .1820习题2.7.1图 .1921习题2.7.2图 .2022习题2.7.5图 .2023习题2.7.7图 .2124习题2.7.8图 .2225习题2.7.9图 .2326习题2.7.10图.2327习题2.7.11图.24学习文档 仅供参考2 电路的分析方法2.1 电阻串并联接的等效变换2.1.1在 图1所 示 的 电 路 中 ，E = 6V ，R1 = 6，R2 = 3，R3 = 4，R4 =3，R5 = 1，试求I3 和I4。解图 1: 习题2.1.1图本 题 通 过 电 阻 的 串 联 和 并 联 可 化 为 单 回 路 电 路 计 算 。R1 和R4并 联 而

24、 后 与R3 串联，得出的等效电阻R1,3,4 和R2并联，最后与电源及R5组成单回路电路， 于是得出电源中电流学习文档 仅供参考E I =R2 (R3 +R1R4 )学习文档 仅供参考R5 + R1 + R4 R1R4学习文档 仅供参考R2 + (R3 +R16)+ R4学习文档 仅供参考=×3(4 + 6 × 3 )1 +6 + 36 × 3= 2A学习文档 仅供参考3 + (4 +)6 + 3学习文档 仅供参考而后应用分流公式得出I3和I4学习文档 仅供参考I3 =R2R1 R4 I =36 × 32× 2A = 3 A学习文档 仅供参考

25、RR2 + R3 +1+ R43 + 4 +6 + 3学习文档 仅供参考R1 624学习文档 仅供参考RI4 = 1+ R4I3 = 6 + 3 × 3 A = 9 A学习文档 仅供参考I4的实际方向与图中的参考方向相反。学习文档 仅供参考2.1.2有 一 无 源 二 端 电 阻 网 络图2a， 通 过 实 验 测 得 ： 当U = 10V 时 ，I =2A；并已知该电阻网络由四个3的电阻构成，试问这四个电阻是如何连接的？解图 2: 习题2.1.2图 按题意，总电阻为学习文档 仅供参考UR =I10 = 52学习文档 仅供参考四个3电阻的连接方法如图2b所示。2.1.3在图3中，R1

26、 = R2 = R3 = R4 = 300，R5 = 600，试求开关S断开和闭和 时a和b之间的等效电阻。解图 3: 习题2.1.3图 当开关S断开时，R1与R3串联后与R5 并联，R2与R4 串联后也与R5并联，故学习文档 仅供参考有Rab = R5/(R1 + R3)/(R2 + R4 )1学习文档 仅供参考=16001+300 + 3001300 + 300学习文档 仅供参考= 200 当S闭合时，则有Rab = (R1/R2) + (R3/R4 )/R51学习文档 仅供参考=15R +R1 R2R1 + R2=1+1R3 R4+R3 + R411学习文档 仅供参考600300 

27、15; 300 + 300 × 300学习文档 仅供参考= 200 300 + 300300 + 300学习文档 仅供参考2.1.5图4(a)所示是一衰减电路，共有四挡。当输入电压U1 = 16V 时，试计算各 挡输出电压U2 。解a挡：U2a = U1 = 16Vb挡： 由末级看，先求等效电阻R 0 见图4(d)和(c)R 0 = (45 + 5) × 5.5 = 275 = 5 学习文档 仅供参考同样可得R 0 0 = 5 。 于是由图4(b)可求U2b ，即(45 + 5) + 5.5U11655.5学习文档 仅供参考U2b = 45 + 5 × 5 = 5

28、0 × 5V = 1.6Vc挡：由图4(c)可求U2c，即学习文档 仅供参考U=× 5 =U2b2c 45 + 5d挡：由图4(d)可求U2d ，即1.650 × 5V = 0.16V学习文档 仅供参考U=× 5 =U2c2d 45 + 50.1650 × 5V = 0.016V学习文档 仅供参考图 4: 习题2.1.5图2.1.6以下图所示电路是由电位器组成的分压电路，电位器的电阻RP = 270 ，两 边 的 串 联 电 阻R1 = 350 ，R2 = 550 。 设 输 入 电 压U1 = 12V ， 试 求 输 出 电 压U2的变化范围

29、。解当箭头位于RP 最下端时，U2 取最小值R2学习文档 仅供参考U2min=R1 + R2U1+ RP学习文档 仅供参考550=350 + 550 + 270× 12学习文档 仅供参考= 5.64V当箭头位于RP 最上端时，U2 取最大值R2 + RP学习文档 仅供参考U2max=R1 + R2U1+ RP学习文档 仅供参考550 + 270=350 + 550 + 270× 12学习文档 仅供参考= 8.41V由此可得U2 的变化范围是：5.64 8.41V 。2.1.7试用两个6V 的直流电源、两个1k的电阻和一个10k的电位器连接成调压范 围为5V +5V 的调压电

30、路。学习文档 仅供参考解图 5: 习题2.1.7图学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考所联调压电路如图5所示。I = 6 (6)(1 + 10 + 1) × 103= 1 × 103 A = 1mA学习文档 仅供参考当滑动触头移在a点U = (10 + 1) × 103 × 1 × 103 6V = 5V当滑动触头移在b点U = (1 × 103 × 1 × 103 6)V = 5V2.1.8在图6所示的电路中，RP 1和RP 2是同轴电位器，试问当活动触点 a，b 移到最 左端、最右端和中间位置时，输出电压Uab

31、 各为多少伏？解图 6: 习题2.1.8图同轴电位器的两个电位器RP 1 和RP 2的活动触点固定在同一转轴上，转动转 轴时两个活动触点同时左移或右移。当活动触点a，b在最左端时，a点接电源 正极，b点接负极，故Uab = E = +6V ；当活动触点在最右端时，a点接电源负 极，b点接正极，故Uab = E = 6V ；当两个活动触点在中间位置时，a，b两 点电位相等，故Uab = 0。学习文档 仅供参考2.3 电源的两种模型及其等效变换2.3.1在图7中，求各理想电流源的端电压、功率及各电阻上消耗的功率。解图 7: 习题2.3.1图 设流过电阻R1的电流为I3I3 = I2 I1 = (2

32、 1)A = 1A(1) 理想电流源1U1= R1I3 = 20 × 1V = 20VP1 = U1I1 = 20 × 1W = 20W (取用)因为电流从“+”端流入，故为负载。(2) 理想电流源2U2= R1 I3 + R2I2 = (20 × 1 + 10 × 2)V = 40V P2 = U2I2 = 40 × 2W = 80W (发出)因为电流从“+”端流出，故为电源。(3) 电阻R13PR1 = R1I 2 = 20 × 12W = 20W学习文档 仅供参考(4) 电阻R22PR2 = R2I 2 = 10 ×

33、22W = 40W学习文档 仅供参考校验功率平衡：80W = 20W + 20W + 40W学习文档 仅供参考图 8: 习题2.3.2图2.3.2计算图8(a)中的电流I3。解计算此题应用电压源与电流源等效变换最为方便，变换后的电路如图8(b)所 示。由此得学习文档 仅供参考2 + 1I= A =1 + 0.5 + 11.232.5A = 1.2A学习文档 仅供参考2.3.4I3 =A = 0.6A2学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考计算图9中的电压U5。解图 9: 习题2.3.4图学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考R2R36 × 4学习文档 仅供参考RR1,2,3 = R1 +

34、2+ R3= (0.6 +) = 36 + 4学习文档 仅供参考将U1和R1,2,3 与U4和R4都化为电流源，如图9(a)所示。学习文档 仅供参考将图9(a)化简为图9(b)所示。其中IS = IS1 + IS2 = (5 + 10)A = 15A学习文档 仅供参考R1,2,3R43 × 0.23学习文档 仅供参考R0 =R1,2,3R0+ R4= =3 + 0.2163 16 45学习文档 仅供参考I5=R0 + R5IS = 31645× 15A = 19 A+ 1学习文档 仅供参考U5= R5 I5 = 1 × 19 V = 2.37V2.4 支路电流法2

35、.4.1图10是两台发电机并联运行的电路。已知E1 = 230V ，R01 = 0.5 ，E2 =226V ，R02 = 0.3 ，负载电阻RL = 5.5 ，试分别用支路电流法和结点电压法 求各支路电流。解图 10: 习题2.4.1图学习文档 仅供参考(1) 用支路电流法I1 + I2 = ILE1 = R01 I1 + RL ILE2 = R02 I2 + RL IL将已知数代入并解之，得I1 = 20A, I2 = 20A, IL = 40A(2) 用结点电压法学习文档 仅供参考E1 E2+230226+学习文档 仅供参考U= R01 R02 = 0.5 0.3 V = 220V学习文档

36、 仅供参考1R0111+R02 RL1+0.51+0.315.5学习文档 仅供参考I1=I2=E1 U R01E2 U R02= 230 220 A = 20A0.5= 226 220 A = 20A0.3学习文档 仅供参考IL=U220=A = 40A RL5.5学习文档 仅供参考2.4.2试 用 支 路 电 流 法 和 结 点 电 压 法 求 图11所 示 电 路 中 的 各 支 路 电 流 ， 并 求 三 个 电 源 的 输 出 功 率 和 负 载 电 阻RL 取 用 的 功 率 。 两 个 电 压 源 的 内 阻 分 别 为0.8 和0.4 。解图 11: 习题2.4.2图(1) 用支

37、路电流法计算 此题中有四个支路电流，其中一个是已知的，故列出三个方程即可，即120 0.8I1 + 0.4I2 116 = 0120 0.8I1 4I = 0学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考解之，得I1 + I2 + 10 I = 0学习文档 仅供参考I1= 9.38A I2= 8.75AI= 28.13A学习文档 仅供参考(2) 用结点电压法计算120116+ 10学习文档 仅供参考Uab = 0.8 0.4 V = 112.5V学习文档 仅供参考1+0.811+0.44学习文档 仅供参考而后按各支路电流的参考方向应用有源电路的欧姆定律可求得学习文档 仅供参考I1=I2=120 112.5 A = 9.38A0.8116 112.5 A = 8.75A0.4学习文档 仅供参考I=UabRL