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等效電流源定律
等效電流源定律(又稱戴維南定律):任何含有線性源的二端網(wǎng)絡都可以用一個等效電動勢E0和一個等效電阻r0串聯(lián)代替,其中E0等于電路的末端,當網(wǎng)絡開路時的電流U0,r0等于電源從被替換的網(wǎng)絡中移除后網(wǎng)絡的等效電阻。
圖A是一個帶源的二端網(wǎng)絡,若將其等效為一個電動勢為E0,內阻為r0的新電源,如圖B所示,則根據(jù)等效電流源定律可知:
等效電動勢等于內阻r2的分壓,即:
等效電阻等于r與r1串聯(lián)再與r2的并聯(lián)值,即:
典型應用實例
1.簡化電路分析
【典型例1】如圖所示電路串聯(lián)和并聯(lián)的區(qū)別電壓,電源電動勢E=3V電路串聯(lián)和并聯(lián)的區(qū)別電壓,電阻r=2Ω,定值內阻R1=1Ω,滑動變阻器R2最大阻值6Ω。
(1)滑動變阻器阻值較大時,內阻R1消耗的功率最大? 最大功率是多少?
(2) 滑動變阻器阻值大時,是否耗電最大? 最大功率是多少?
【答】 (1)內阻R1是固定內阻,所以當R2=0時,流過R1的電壓最大,內阻R1消耗的功率最大。
根據(jù)歐姆閉路定理:
內阻R1消耗的最大功率為:
(2)當滑動變阻器的阻值發(fā)生變化時,其分壓和電壓也會發(fā)生變化,不便直接判斷何時耗電量最大。 如果將電源和定值內阻R1等效為一個新電源,如圖中實線中的二端網(wǎng)絡所示,則等效電動勢E0=3V,等效電阻r0=(r +R1)=3Ω,由“當外電路阻值等于內阻時,電源輸出功率最大”推導出來。 可見,當滑動變阻器的阻值R2=r0=3Ω時,其自身消耗的功率最大。
根據(jù)歐姆閉路定理:
滑動變阻器消耗的最大功率為:
2、實驗偏差分析
【典型例2】在“測定電源的電動勢和內阻”的實驗中,由于沒有考慮電流表或電壓表的阻值,導致系統(tǒng)出現(xiàn)偏差。 (填寫“大于”、“等于”或“小于”)
(1)采用圖A所示檢測電路時,電動勢檢測值( )為真值,電阻檢測值( )為真值;
(2)采用圖B所示檢測電路時,電動勢檢測值( )為真值,電阻檢測值( )為真值。
【答】 伏安法“測定電源的電動勢和內阻”實驗的多項式多項式為:U=E–Ir。
(1)采用圖A所示檢測電路(外接法)時,電流表的檢測值U為電源的路端電流。 由于電流表的分流,電壓表的檢測值I并不是流過電源的電壓。 這會導致系統(tǒng)性偏差。
如果電流表和電源相當于一個新的電源,比如圖C實線中的二端網(wǎng)絡,你會發(fā)現(xiàn)檢測到的值U和I其實就是路端電流和等效電源的支路電壓,所以根據(jù)U ,由I確定的電動勢和電阻就是等效電源的電動勢和電阻——即檢測值,所以有:
(2)當采用如圖B所示的檢測電路(內接法)時,電壓表的檢測值I為流經(jīng)電源的支路電壓,由于電壓表的分壓,檢測值U電流表的電流不是電源電路的終端電流,從而引起系統(tǒng)偏差。
如果把電壓表和電源等效為一個新的電源,如圖中實線中的二端網(wǎng)絡,U和I決定的電動勢和電阻也就是等效電源的電動勢和電阻——即檢測值,所以有:
【試試你的技能】
如圖所示電路中,電源的電動勢為E,電阻為r,電壓表A、電壓表V1、V2、V3均為理想水表,R1為固定內阻,R2為滑動變阻器合上開關S,R2的滑動觸點P向下滑動時:
(1)各電流表V1、V2、V3的讀數(shù)與電壓表A的讀數(shù)之比如何變化?
(2) 各電流表V1、V2、V3的示值變化量與電壓表A的示值變化量之比的絕對值如何變化?