[物理竞赛中简化电容电路求解的四种方法]全国中学生物理竞赛

  物理竞赛中在解决电路计算问题时,经常会涉及电容的计算问题。本文通过具体事例,介绍物理竞赛中简化电容电路求解的四种方法。�      1 合并等势点法�
  
  将电路中电势相等的点合并为一点,从而将复杂电路化为简单的串并联电路。电容器的串联和并联时,分别遵循下列两个公式:�
  串联:1C=1C1+1C2+1C3 + … +1Cn �
  并联: C = C1 + C2 + C3 + … + Cn�
  例1 在图1甲所示的电路中,C1 = C2 = C3 = C4 = C5 = C ,试求A、B两端的等效电容C�AB� 。�
  �
  分析与解 理想导线电阻为零是等势体,用一根导线相连的点可以合并为一点,将图1甲图中的A、D合并为一点A后,成为图1乙图。�
  对于图1的乙图,根据串并联知识得C�AB� =83 C 。
  2 △型电路转化为Y型电路法�
  在电路中很难确定串并联关系时,进行“Y型-Δ型”的电路转化是一种行之有效的方法。在图2所示的电路中,前面是Δ型电路,后面是Y型电路,两种电路可以互相转化。根据等效电容关系,两电路都接1和2时有:�
  例2 在图3所示的电路中,已知C1 = C2 = C3 = C9 = 1μF,C4 = C5 = C6 = C7 = 2μF,C8=C�10�=3μF,试求A、B之间的等效电容。�
  分析与解 这是一个既非串联也非并联的电路,需要用“Δ→Y型变换”,或“Y→Δ型变换”。�
  根据前面推导的变换公式,可以进行如图4所示的四步电路简化(为了方便,电容不宜引进新的符号表达,而是直接将变换后的量值标示在图中):�
  第一步:先将C2、C4和C5部分进行Δ→Y型变换;�
  第二步:计算电容串联后的等效电容;�
  第三步:再将上下两部分别进行Y→Δ型变换;�
  第四步:分别计算出中央前三个电容和后四个电容并联后的等效电容,最后计算总的等效电容为约2.23μF。�
  �
  3 极限添加法�
  
  当某一电路存在极限阻值时,可以在电路中合适的部位按同样规律添加元件,添加元件后其电容仍然趋近于极限值,从而使复杂问题得以解决。�
  例4 由许多个电容为C的电容器组成一个如图5所示的多级网络,但无限地增加网络的级数,整个网络A、B两端的总电容是多少?�
  分析与解 在此题中,我们可以将“并联一个C再串联一个C”作为电路的一级,总电路是这样无穷级的叠加,而且存在极限阻。在图5中,在原有无限网络的基础上,当它再添加一级后,仍为无限网络的极限阻,即:�
  �
  1C+C总+1C=1C总�
  解这个方程就得:
  C总=5-12C�
  
  4 电荷守恒法�
  
  电容器带电实际是静电感应的结果,同一根导线相连的几个极板,在没有带电前电荷量为零,发生静电感应带电后,遵循电荷守恒定律总电荷总量仍为零。�
  例3 如图6所示的电路中,三个电容器完全相同,电源电动势ε1 = 3.0V ,ε2 = 4.5V,开关K1和K2接通前电容器均未带电,试求K1和K2接通后三个电容器的电压U�ao�、U�bo�和U�co�各为多少。�
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文

推荐访问:求解 四种 电容 简化