Основные принципы упрощения схемы
Сложные схемы физического электричества в младших классах средней школы можно упростить с помощью следующих принципов:
☀Во-первых: игнорируя сопротивление провода, предполагается, что провод R составляет ≈0. Напряжение на проводе с текущим током равно нулю, а напряжение на переключателе можно измерить, когда он разомкнут (других точек разрыва в цепи нет).
☀Второе: когда переключатель замкнут, он эквивалентен проводу; когда переключатель разомкнут, это эквивалентно разомкнутой цепи, которую можно удалить из двух узлов цепи. Когда ключ замкнут и протекает ток, напряжение на ключе равно нулю, а напряжение на ключе можно измерить, когда он разомкнут (других точек разрыва в цепи нет).
☀ В-третьих: внутреннее сопротивление амперметра очень мало. При анализе режима подключения цепи место с амперметром можно рассматривать как провод.
☀Четвертое: Внутреннее сопротивление вольтметра очень велико. При анализе режима подключения схемы место с вольтметром можно рассматривать как разомкнутую цепь и удалять из двух узлов схемы.
☀Пятое: Короткое замыкание электроприбора (сопротивление): когда электроприбор (сопротивление) и провод (переключатель, амперметр) соединены параллельно, через электроприбор не проходит ток (как показано на рисунке ниже) , а электроприбор можно удалить из двух узлов цепи (удалить).
☀Шестое: Сегмент Pa скользящего реостата закорочен проводом (металлическим стержнем) и не работает. После удаления сегмента Pa фигура a ниже становится фигурой b.
☀Седьмое: проанализируйте взаимосвязь между общим током, полным напряжением и разделенным током и разделенным напряжением в соответствии с законами тока и напряжения для последовательных и параллельных цепей «последовательно разделенное напряжение, параллельно подключенный ток».
☀Восьмое: Если амперметр подключен последовательно к какому-либо электроприбору, измерьте ток этого электроприбора, а если вольтметр подключен параллельно к какому-либо электроприбору, измерьте напряжение этого электроприбора. О напряжении, измеряемом вольтметром, можно судить методом скольжения и методом источника.
☀Девятое: В принципе, вольтметр требуется включать в цепь параллельно. При измерении напряжения источника питания отдельно его можно напрямую подключить к обоим концам источника питания.
Как правило, если вольтметр включен в цепь последовательно, измеряемым напряжением является напряжение на источнике питания (подробности см. в примечаниях). Если амперметр напрямую подключен к обоим концам источника питания, он сгорит, а источник питания будет закорочен, что приведет к перегоранию источника питания.
☀Десятое: Если на проводе (между узлами) нет электроприборов (кроме выключателей и амперметров), то каждую точку на проводе можно рассматривать как точку, которую можно произвольно объединять, разделять, увеличивать или уменьшать. (Этот метод также называется методом узла) Например:
02
Этапы упрощения схемы
☀Шаг 1: Удалите отключенный переключатель в соответствии с требованиями темы, а замкнутый переключатель превратите в провод.
☀Шаг 2: Превратите амперметр в провод (его также можно оставить при случае).
☀Шаг 3: Снимите вольтметр.
☀Шаг 4: Объедините (или переставьте) узлы на проводе. (Этот шаг используется, когда в цепи много электроприборов и они перепутаны между собой)
☀Шаг 5: Нарисуйте эквивалентную схему, чтобы определить, подключены ли электроприборы последовательно или параллельно.
☀Шаг 6: Используйте принципы 7 и 8 в исходной схеме, чтобы определить, какой электрический ток и напряжение измеряют амперметр и вольтметр.
☀Шаг 7: Добавьте вольтметр и амперметр на эквивалентную схему и проанализируйте взаимосвязь между каждым амперметром и представлением напряжения. (принцип седьмой)
03
Избранные лекции на классических примерах
☀Пример 1: На следующей схеме после замыкания переключателя S показания вольтметра V1 равны 2,5 В, а показания V2 равны 1 В. Если чтение A2 равно 0.2A, каково чтение A1? Найдите напряжение на двух лампочках.
картина
Анализ: Шаг 1: Превратите переключатель в провод;
Шаг 2: Превратите амперметр в провод;
Третий шаг — снять вольтметр.
Четвертый шаг (пропущен)
Шаг 5: Определите способ электрического подключения
картина
Очевидно, две лампочки включены в цепь последовательно.
Шаг 6: В соответствии с принципом 4 знайте, что вольтметр V2 отключен, поэтому ток через A1 не течет, а показание равно нулю; по скользящему методу известно, что V1 подключен параллельно источнику питания, и измеряют напряжение на обоих концах источника питания. V2 и L2 соединены параллельно, и измеряется напряжение на L2.
Шаг 7: Эквивалентная принципиальная схема выглядит следующим образом:
картина
По эквивалентной схеме видно, что требуемый I1=I2=0.2A
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
картина
☀Пример 2: Как показано на рисунке, после замыкания переключателя s связь между следующими представлениями напряжения равна, а связь между представлениями тока равна ___.
картина
Анализ: первый шаг: превратить выключатель в провод;
Шаг 2: Превратите амперметр в провод;
Третий шаг: снимите вольтметр; четвертый шаг (пропущен);
Шаг 5: Определите режим подключения каждого электроприбора:
картина
Шаг 6: Оцените объекты, измеряемые амперметром и вольтметром, в соответствии с принципами 7 и 8 и методом проскальзывания или методом удаления источника.
① В исходной схеме, если убрать вольтметр, можно обнаружить, что амперметры A1 и A2 соединены последовательно с лампочкой, поэтому числа представления тока равны;
② Используя метод проскальзывания, можно сделать вывод, что V1 измеряет напряжение на обоих концах L1, V2 измеряет напряжение на обоих концах источника питания, а V3 измеряет напряжение на обоих концах L2.
Шаг 7: Эквивалентная принципиальная схема выглядит следующим образом:
картина
картина
☀Пример 3: После замыкания переключателя цепи показания v1, v2 и v3 составляют 8 В, 9 В и 4 В соответственно, так каковы же напряжения на обоих концах L1, L2 и L3?
картина
Требуемое соотношение напряжений: U2=U1 плюс U3 I1=I2
Решение: Согласно «Десяти принципам, семи шагам», эквивалентную принципиальную схему цепи можно получить следующим образом:
картина
Из эквивалентной диаграммы можно получить следующие уравнения:
UL1 плюс UL2=8V
UL2 плюс UL3=9V
УЛ3=4В
Решение: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
картина
☀Пример 4: Как показано на рисунке, известно, что две лампочки L1 и L2 соединены последовательно, тогда правильным суждением среди трех амперметров (амперметр или вольтметр) в ①, ② и ③ является ( )
A. ① — амперметр, ② и ③ — вольтметры;
B. ① и ③ — вольтметры, ② — амперметр;
C. ① и ② — амперметры, ③ — вольтметр;
D. ①② и ③ — амперметры.
картина
Анализ: На этот вопрос можно ответить методом исключения. Заполните таблицы для ответа на вопрос А
Среди трех позиций, согласно «десяти принципам, семи шагам», принципиальная схема упрощается до:
картина
Очевидно, что это не соответствует названию.
Заполните таблицы ответа Б на рисунке, схему можно упростить так:
картина
Такой способ заполнения соответствует смыслу вопроса.
Заполните в схему таблицы ответа С, цепь L1 отключена, а упрощенная схема аналогична ответу А, что не соответствует смыслу вопроса. Заполните таблицы ответов на D на рисунке, источник питания закорочен, и ток через две лампочки не течет, что не соответствует смыслу вопроса. Итак, выберите ответ Б.
