Principi base della semplificazione circuitale
I circuiti complessi nell'elettricità fisica delle scuole medie inferiori possono essere semplificati dai seguenti principi:
☀Primo: ignorando la resistenza del filo, si presume che il filo R sia ≈0. La tensione attraverso il filo con la corrente che scorre è zero e la tensione attraverso l'interruttore può essere misurata quando è aperto (nessun altro punto di interruzione nel circuito).
☀Secondo: quando l'interruttore è chiuso, equivale a un filo; quando l'interruttore è aperto, equivale a un circuito aperto, che può essere rimosso dai due nodi del circuito. Quando l'interruttore è chiuso e la corrente scorre, la tensione attraverso l'interruttore è zero e la tensione attraverso l'interruttore può essere misurata quando è aperto (non ci sono altri punti di interruzione nel circuito).
☀Terzo: la resistenza interna dell'amperometro è molto piccola. Quando si analizza la modalità di connessione del circuito, il punto con l'amperometro può essere considerato come un filo.
☀Quarto: la resistenza interna del voltmetro è molto grande. Quando si analizza la modalità di connessione del circuito, il posto con il voltmetro può essere considerato un circuito aperto e rimosso dai due nodi del circuito.
☀Quinto: cortocircuito dell'apparecchio elettrico (resistenza): quando l'apparecchio elettrico (resistenza) e il filo (interruttore, amperometro) sono collegati in parallelo, non passa corrente attraverso l'apparecchio elettrico (come mostrato nella figura seguente) , e l'elettrodomestico può essere rimosso dai due nodi del circuito ( rimuovi).
☀Sesto: il segmento Pa del reostato scorrevole è cortocircuitato dal filo (asta metallica) e non funziona. Dopo aver rimosso il segmento Pa, la figura a sotto diventa la figura b.
☀Settimo: analizza la relazione tra corrente totale, tensione totale e corrente divisa e tensione divisa secondo le leggi di corrente e tensione dei circuiti in serie e in parallelo "tensione divisa in serie, corrente collegata in parallelo".
☀Ottavo: se l'amperometro è collegato in serie con qualsiasi apparecchio elettrico, misurare la corrente di quell'apparecchio elettrico e se il voltmetro è collegato in parallelo con qualsiasi apparecchio elettrico, misurare la tensione di quell'apparecchio elettrico. La tensione misurata dal voltmetro può essere valutata con il metodo dello scorrimento e il metodo della sorgente.
☀Nono: in linea di principio, il voltmetro deve essere collegato in parallelo nel circuito. Quando si misura la tensione di alimentazione separatamente, può essere collegata direttamente a entrambe le estremità dell'alimentatore.
In generale, se il voltmetro è collegato in serie nel circuito, la tensione misurata è la tensione ai capi dell'alimentatore (vedere le note per i dettagli). Se l'amperometro è collegato direttamente a entrambe le estremità dell'alimentatore, verrà bruciato e l'alimentatore verrà cortocircuitato, bruciando l'alimentatore.
☀Decimo: se non ci sono apparecchi elettrici (tranne interruttori e amperometri) sul filo (tra i nodi), ogni punto sul filo può essere considerato come un punto, che può essere combinato, separato, aumentato o diminuito arbitrariamente. (Questo metodo è anche chiamato metodo del nodo) Ad esempio:
02
Passaggi di semplificazione del circuito
☀Passaggio 1: rimuovere l'interruttore disconnesso in base ai requisiti dell'argomento e trasformare l'interruttore chiuso in un filo.
☀Passaggio 2: trasforma l'amperometro in un filo (può anche essere conservato a seconda dei casi).
☀Passaggio 3: rimuovere il voltmetro.
☀Passaggio 4: Unisci (o trasponi) i nodi sul filo. (Questo passaggio viene utilizzato quando ci sono molti apparecchi elettrici nel circuito e sono aggrovigliati tra loro)
☀Passaggio 5: disegnare uno schema elettrico equivalente per determinare se gli apparecchi elettrici sono collegati in serie o in parallelo.
☀Passaggio 6: utilizzare i principi 7 e 8 nel circuito originale per giudicare quale corrente elettrica e tensione misurano l'amperometro e il voltmetro.
☀Passaggio 7: aggiungere il voltmetro e l'amperometro allo schema del circuito equivalente e analizzare la relazione tra ciascun amperometro e la rappresentazione della tensione. (Principio Sette)
03
Lezioni selezionate su esempi classici
☀Esempio 1: nel seguente schema elettrico, dopo che l'interruttore S è chiuso, la lettura del voltmetro V1 è 2,5 V e la lettura di V2 è 1 V. Se la lettura di A2 è 0.2A, qual è la lettura di A1? Trova la tensione tra le due lampadine.
immagine
Analisi: Passaggio 1: trasforma l'interruttore in un filo;
Passaggio 2: trasforma l'amperometro in un filo;
Il terzo passo è rimuovere il voltmetro.
Il quarto passo (omesso)
Passaggio 5: determinare il metodo di connessione elettrica
immagine
Ovviamente le due lampadine sono collegate in serie nel circuito.
Passaggio 6: secondo il principio 4, sappi che il voltmetro V2 è disconnesso, quindi non c'è corrente che scorre attraverso A1 e la lettura è zero; secondo il metodo dello scorrimento, è noto che V1 è collegato in parallelo con l'alimentatore e misura la tensione su entrambe le estremità dell'alimentatore. V2 e L2 sono collegati in parallelo e viene misurata la tensione su L2.
Passaggio 7: lo schema del circuito equivalente è il seguente:
immagine
Secondo lo schema del circuito equivalente, si può vedere che l'I1=I2=0.2A richiesto
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
immagine
☀Esempio 2: come mostrato nella figura, dopo che l'interruttore s è chiuso, la relazione tra le seguenti rappresentazioni di tensione è e la relazione tra le rappresentazioni di corrente è ___.
immagine
Analisi: il primo passo: trasformare l'interruttore in un filo;
Passaggio 2: trasforma l'amperometro in un filo;
Il terzo passo: rimuovere il voltmetro; il quarto passo (omesso);
Passaggio 5: determinare la modalità di connessione di ciascun apparecchio elettrico:
immagine
Passaggio 6: giudicare gli oggetti misurati dall'amperometro e dal voltmetro secondo i principi 7 e 8 e il metodo di scorrimento o il metodo di rimozione della sorgente.
① Nel circuito originale, se il voltmetro viene rimosso, si può trovare che gli amperometri A1 e A2 sono collegati in serie con la lampadina, quindi i numeri di rappresentazione corrente sono uguali;
② Usando il metodo dello scorrimento, si può giudicare che V1 misura la tensione su entrambe le estremità di L1, V2 misura la tensione su entrambe le estremità dell'alimentatore e V3 misura la tensione su entrambe le estremità di L2.
Passaggio 7: lo schema del circuito equivalente è il seguente:
immagine
immagine
☀Esempio 3: dopo che l'interruttore del circuito è stato chiuso, le letture di v1, v2 e v3 sono rispettivamente 8 V, 9 V e 4 V, quindi quali sono le tensioni alle due estremità di L1, L2 e L3?
immagine
La relazione di tensione richiesta è: U2=U1 più U3 I1=I2
Soluzione: Secondo "Dieci principi, sette passi", lo schema del circuito equivalente del circuito può essere ottenuto come segue:
immagine
Dal diagramma equivalente si ottengono le seguenti equazioni:
UL1 più UL2=8V
UL2 più UL3=9V
UL3=4V
Soluzione: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
immagine
☀Esempio 4: Come mostrato in figura, è noto che le due lampadine L1 e L2 sono collegate in serie, quindi il giudizio corretto tra i tre amperometri (amperometro o voltmetro) in ①, ② e ③ è ( )
A. ① è un amperometro, ② e ③ sono voltmetri;
B. ① e ③ sono voltmetri e ② è un amperometro;
C. ① e ② sono amperometri e ③ è un voltmetro;
D. ①② e ③ sono entrambi amperometri
immagine
Analisi: a questa domanda si può rispondere con il metodo dell'eliminazione. Completa le tabelle per la risposta ad A
Tra le tre posizioni, secondo lo schema elettrico "dieci principi, sette passi" è semplificato in:
immagine
Ovviamente non corrisponde al titolo.
Compila le tabelle della risposta B nella figura, il circuito può essere semplificato come:
immagine
Questo metodo di riempimento corrisponde al significato della domanda.
Compila le tabelle della risposta C nel circuito, il circuito L1 è disconnesso e lo schema circuitale semplificato è lo stesso della risposta A, che non soddisfa il significato della domanda. Compila le tabelle delle risposte a D nella figura, l'alimentatore è in cortocircuito e nessuna corrente scorre attraverso le due lampadine, il che non soddisfa il significato della domanda. Quindi scegli la risposta B.
