问题

这个求电阻和电压的电路题怎么做?

回答
这道题其实不难,关键在于我们如何一步一步地分析电路,找出隐藏在里面的规律。咱们这就好好拆解一下,保证你听完心里就有谱了!

先来看题,咱们需要搞清楚它给了我们什么,又想让我们求什么。

通常这类题会给一个电路图,然后告诉你一些元件(比如电阻、电源)的数值,有些情况下还会给你某个点的电压或者流过某个支路的电流。最终目的就是要你计算出电路中其他未知元件的电压和电流。

咱们先从基础说起,确保万无一失。

在分析任何电路之前,有几个最基本的定律是绕不开的:

1. 欧姆定律: 这是万能钥匙!它告诉我们,在恒定的温度下,导体中的电流强度跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。公式就是:$U = I imes R$。
$U$:电压(单位:伏特,V)
$I$:电流(单位:安培,A)
$R$:电阻(单位:欧姆,Ω)
记住,这个公式可以变形成 $I = U / R$ 或者 $R = U / I$。什么时候用哪个,看你已知什么,想求什么。

2. 基尔霍夫定律(Kirchhoff's Laws): 这俩定律是处理复杂电路的利器。
基尔霍夫第一定律(电流定律): 在任何一个节点(也就是电流的汇集点或分叉点),所有流入该节点的电流的总和等于所有流出该节点的电流的总和。你可以想象成是“电荷守恒”。
基尔霍夫第二定律(电压定律): 在任何一个闭合的回路中,所有电源电动势(电压)的代数和等于所有电阻上电压降的代数和。你可以想象成是“能量守恒”。

好,有了这些基础,咱们就可以开始“拆解”电路了。

拿到电路图,第一步是“审题”,也就是仔细看看图上的每一个元件:

电源: 它们提供电能,有正负极之分,标明了电压值。
电阻: 它们消耗电能,把电能转化为热能(大部分情况),标明了电阻值。
节点: 线路的连接点,电流会在这里汇集或分开。
回路: 任何一个闭合的路径。

然后,咱们就要“定方向、标变量”:

1. 标电流方向: 对于每个支路,我们要自己设定一个电流方向(比如从左到右,从上到下)。如果你算出来的电流值是负的,那说明你当初设定的方向是反的,但电流的大小是正确的。
2. 标电压方向(或者极性): 对于每个电阻,可以根据你设定的电流方向,在电阻两端标出电压降的极性(电流流入的一端为正,流出的一端为负)。对于电源,正负极性是固定的。
3. 选择参考点(接地): 有时候为了方便计算,我们会选择一个点作为参考点(通常是电路的公共端),将其电压设为0V,然后计算其他点的电压。

接下来,就是运用定律列方程了。

使用欧姆定律: 对于每一个有已知电阻的支路,如果知道了电流,就能求电压;如果知道了电压,就能求电流。
使用基尔霍夫电流定律: 在每一个非简单的节点上,列出一个电流关系方程。
使用基尔霍夫电压定律: 在电路中选择若干个独立的闭合回路,列出电压关系方程。

关键点来了:方程的数量必须等于未知量的数量!

比如,如果电路中有3个未知电流,你就需要列出3个独立的方程才能解出这3个未知数。如果不知道选哪些回路,可以遵循一个原则:选择的回路尽量多包含未知元件,同时又要相互独立。 也就是说,一个新回路不能完全由前面选过的回路组合而成。

举个例子,让你感受一下:

假设我们有一个简单的串联电路,一个 5V 的电源连接一个 10Ω 的电阻。

已知: 电源电压 $U_{电源} = 5V$,电阻 $R = 10Ω$。
求: 电阻上的电压 $U_R$ 和流过电阻的电流 $I$。

1. 审题: 这是一个简单的串联电路,只有一个电源和一个电阻。
2. 定方向、标变量:
电流方向:从电源正极流出,经过电阻,回到电源负极。我们设电流为 $I$。
电压极性:电流流过电阻,所以电阻上电压降的电流流入端为正,流出端为负。
3. 列方程:
回路电压定律: 在这个闭合回路中,电源电压就是电阻上的电压降。所以,$U_{电源} = U_R$。
欧姆定律: $U_R = I imes R$。

4. 解方程:
将 $U_R = U_{电源}$ 代入欧姆定律:$U_{电源} = I imes R$。
所以,$I = U_{电源} / R = 5V / 10Ω = 0.5A$。
电阻上的电压 $U_R = U_{电源} = 5V$。

稍微复杂一点的并联电路怎么办?

假设一个 12V 的电源,分别连接一个 4Ω 的电阻和一个 8Ω 的电阻。

已知: 电源电压 $U_{电源} = 12V$,电阻 $R_1 = 4Ω$,电阻 $R_2 = 8Ω$。
求: $R_1$ 上的电压 $U_{R1}$、电流 $I_1$;$R_2$ 上的电压 $U_{R2}$、电流 $I_2$。

1. 审题: 这是并联电路,两个电阻并联在电源上。
2. 定方向、标变量:
电流方向:从电源正极流出,在节点处分成 $I_1$ 和 $I_2$ 流过 $R_1$ 和 $R_2$,然后在另一个节点汇合,回到电源负极。
电压极性:同理,在 $R_1$ 和 $R_2$ 上标出电压降的极性。
3. 列方程:
节点电流定律: 在电流分叉的节点处,$I_{总} = I_1 + I_2$。
欧姆定律:
$U_{R1} = I_1 imes R_1$
$U_{R2} = I_2 imes R_2$
并联电路特性: 在并联电路中,各支路的电压都等于总电压。所以,$U_{R1} = U_{R2} = U_{电源}$。

4. 解方程:
根据并联特性,我们直接知道 $U_{R1} = 12V$,$U_{R2} = 12V$。
利用欧姆定律求电流:
$I_1 = U_{R1} / R_1 = 12V / 4Ω = 3A$。
$I_2 = U_{R2} / R_2 = 12V / 8Ω = 1.5A$。
总电流 $I_{总} = I_1 + I_2 = 3A + 1.5A = 4.5A$。

再来个有点混合的例子,让你练练手感。

假设一个电路:一个 10V 的电源,串联一个 5Ω 的电阻,然后这个组合再并联一个 20Ω 的电阻。

已知: 电源电压 $U_{电源} = 10V$,串联电阻 $R_1 = 5Ω$,并联电阻 $R_2 = 20Ω$。
求: $R_1$ 上的电压 $U_{R1}$、电流 $I_1$;$R_2$ 上的电压 $U_{R2}$、电流 $I_2$。

1. 审题: 这是个混合电路。10V电源和5Ω电阻是串联的,这个串联组合又和20Ω电阻是并联的。
2. 定方向、标变量:
电流方向:从电源正极流出,经过 $R_1$(设电流为 $I_1$),然后在节点处分成 $I_1$(流过 $R_1$ 的同时也是流入并联支路的电流),再分成 $I_2$(流过 $R_2$),最后汇合。
电压极性:同理标在电阻上。
3. 列方程:
节点电流定律: 在电流分叉处,$I_1 = I_2$ (因为 $R_1$ 和 $R_2$ 是并联的,所以流过 $R_1$ 的那个电流,也就是整个串联组合的总电流,就是并联部分的两个支路电流之和,但在这个图里,流过 $R_1$ 的电流就是流过整个串联组合的电流,所以它同时也是并联部分的总电流,这里的表述有点绕,但重点是理解 $R_1$ 和 $R_2$ 是并联的关系,它们的“共同”电流是 $I_1$,而 $R_2$ 上的电流是 $I_2$。这里有个关键: 应该这样理解:电源的电流首先流过 $R_1$,然后这个电流分流到 $R_2$ 上,所以实际上是从电源出来一个总电流,然后分成了流过 $R_1$ 的电流和流过 $R_2$ 的电流,但这不对,题意应该是电源串联 $R_1$ 后,再并联 $R_2$。
修正理解: 应该是 10V 电源,它直接连接到一个点,这个点 串联 了 5Ω 的电阻 $R_1$。然后,在 $R_1$ 的另外一端,并联了一个 20Ω 的电阻 $R_2$。
正确的电路结构: 10V电源 > $R_1$ (5Ω) > 节点 A > ($R_2$ (20Ω) parallel) > 节点 B > 回到电源负极。
那么,节点 A 和节点 B 之间的电压是什么?
我们先假设电源的负极是参考点 (0V)。
电源的正极电压是 10V。
流过 $R_1$ 的电流设为 $I_1$。
$R_1$ 两端的电压降为 $U_{R1} = I_1 imes R_1 = I_1 imes 5$。
节点 A 的电压 $V_A = 10V U_{R1} = 10 5I_1$。
$R_2$ 是连接在节点 A 和节点 B 之间的。
节点 B 的电压是 0V (因为 $R_1$ 和 $R_2$ 并联后,它们的另一端都连接到电源负极)。
所以,$R_2$ 上的电压 $U_{R2} = V_A V_B = V_A 0 = V_A$。
根据欧姆定律,流过 $R_2$ 的电流 $I_2 = U_{R2} / R_2 = V_A / 20$。
现在,我们回到节点 A,应用节点电流定律: 流入节点 A 的电流是电源的电流(也就是流过 $R_1$ 的电流 $I_1$),流出节点 A 的电流是流过 $R_2$ 的电流 $I_2$。
所以,$I_1 = I_2$。
代入上面的关系:$I_1 = V_A / 20$。
我们还有 $V_A = 10 5I_1$。
将 $V_A$ 代入第一个方程:$I_1 = (10 5I_1) / 20$。
解这个方程:$20I_1 = 10 5I_1$ => $25I_1 = 10$ => $I_1 = 10 / 25 = 0.4A$。

4. 求解结果:
$I_1 = 0.4A$。
$U_{R1} = I_1 imes R_1 = 0.4A imes 5Ω = 2V$。
$V_A = 10V U_{R1} = 10V 2V = 8V$。
$U_{R2} = V_A = 8V$。
$I_2 = U_{R2} / R_2 = 8V / 20Ω = 0.4A$。
检查: $I_1 = 0.4A$, $I_2 = 0.4A$,符合节点电流定律 $I_1 = I_2$。

一些经验总结:

先看电路是串联、并联还是混合。 串联电路电流处处相等,电压分担;并联电路电压相等,电流分担。
画好图,标清楚。 干净整洁的图是成功的一半。
不要怕列方程。 只要你根据定律正确列出,代数运算就搞定了。
多个方法验证。 如果有时间,可以尝试用不同的方法(比如 nodal analysis, mesh analysis)来验证你的结果,这能大大提高准确性。
检查单位。 别忘了最后检查电压、电流、电阻的单位是不是都对。

最后,遇到难题别慌,就像剥洋葱一样,一层一层地分析下去,总能找到问题的答案!

如果你的具体题目是某个图,可以直接把图发上来,我再帮你具体分析分析。

网友意见

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列一下运放负输入端的电流守恒方程就出来啦,注意运放虚短和虚断特性。

这是一个标准的比例放大电路。

uo=-4u1-2u2

R'随便取值

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