电工与电子技术之电工技术课后答案完整版

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电工与电子技术之电工技术课后答案完整版

第1章 电路的基本概念和基本定律

1－1 试求图1－1所示电路的电压Uab和Uba。

图1－1

解 (a)电压U的参考方向如图所示，已知U＝10V，故有

Uab=U=10V

Uba=-Uab=-U=-10V

(b)直流电压源的电压参考方向如图所示，故有

Uab=5V

Uba=-Uab=-5V

1－2 根据图1－2所示的参考方向和电压、电流的数值确定各元件电流和电压的实际方向，并计算各元件的功率，说明元件是吸收功率还是发出功率。

(a) (b)

(c) (d)

图1－2

解 (a)因为电流为＋2mA，电压为＋5V，所以电流、电压的实际方向与参考方向相同。电阻元件的功率为

P=UI=5×2×10-3=10×10-3=10Mw

电阻元件的电压与电流取关联参考方向，计算结果P>0，说明电阻元件吸收功率。

(b)因为电流、电压随时间t按照正弦规律变化，所以当电流i>0、电压u>0时，它们的实际方向与参考方向一致；当电流i<0、电压u<0时，它们的实际方向与参考方向相反。电阻元件的功率为 2

p=ui=5sin(ωt)×sin(ωt)=5sin2(ωt)W

电阻元件的电压与电流取关联参考方向，计算结果p>0，说明电阻元件吸收功率。

(c)因为电流为－2mA，所以电流的实际方向与参考方向相反；电压为＋5V，所以电压的实际方向与参考方向相同。直流电压源的功率为

P=UI=5×(－2×10-3)=－10×10-3=－10mW

直流电压源的电压与电流取关联参考方向，计算结果P<0，说明直流电压源发出功率。

(d)因为电流为＋2A，电压为＋6V，所以电流、电压的实际方向与参考方向相同。直流电流源的功率为

P=UI=6×2=12W

直流电流源的电压与电流取非关联参考方向，计算结果P>0，说明直流电流源发出功率。

1－3 在图1－3所示电路中，试求：

(1)若元件A吸收10W功率，求其电压UA；

(2)若元件B吸收－10W功率，求其电流IB；

(3)若元件C发出10W功率，求其电流IC；

(4)若元件D发出10mW功率，求其电流ID。

(a) (b) (c) (d)

图1－3

解 (1)元件A的电流与电压取关联参考方向，其吸收功率为

PA=UA×4=10W

故其电压UA为

UA=10/4=2.5V

(2)元件B的电流与电压取关联参考方向，其吸收功率为

PB=10×IB=－10W

故其电流IB为 3

IB=－10/10=－1A

电流IB<0，说明其实际方向与参考方向相反。

(3)元件C的电流与电压取关联参考方向，其发出功率为

PC=6×IC=－10W

故其电流IC为

IC=－10/6≈－1.67A

电流IC<0，说明其实际方向与参考方向相反。

(4)元件D的电流与电压取非关联参考方向，其发出功率为

PD=10×ID=10Mw

故其电流ID为

ID=(10×10-3)/10=10-3=1Ma

1－4 在图1－4所示电路中，串联电阻R1、R2、R3和R4的电压、电流额定值分别是6.3V、0.3A，R5的电压、电流额定值分别是6.3V、0.45A。为使上述各电阻元件均处于其额定工作状态，应当选配多大的电阻Rx和Ry？

图1－4

解 为使电阻元件R1、R2、R3、R4和R5均处于其额定工作状态，电阻Rx的电压应为串联电阻R1、R2、R3和R4的端电压，即Ux=6.3V，电阻Rx的电流应为

Ix=0.45－0.3=0.15A (KCL)

故

Rx=Ux/Ix=6.3/0.15=42Ω

电阻Ry的电流应为Iy=0.45A，由KVL，得

Uy＋6.3＋6.3=110

Uy=110－6.3－6.3=97.4V

故

Ry=Uy/Iy=97.4/0.45=216.44Ω

1－5 图1－5是某电路的一部分，试分别计算下述两种情况的电压Uab、Ubc、Uac和Uae。

(1)在图示电流参考方向I＝1A；

(2)在图示电流参考方向I＝－2A。

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图1－5

解 (1) 在图示电流I参考方向，I＝1A，有

Uab=10I=10×1=10V

Ubc=5V

由KVL，得

Uac=Uab＋Ubc=10＋5=15V

又

Ucd=10I=10×1=10V

Ude=－3V

由KVL，得

Uae=Uac＋Ucd＋Ude=15＋10＋（－3）=22V

(2)在图示电流I参考方向，I＝－2A，有

Uab=10I=10×(－2)=－20V

Ubc=5V

由KVL，得

Uac=Uab＋Ubc=(－20)＋5=－15V

又

Ucd=10I=10×(－2)=－20V

Ude=－3V

由KVL，得

Uae=Uac＋Ucd＋Ude=(－15)＋（－20）＋（－3）=－38V

1－6 在图1－6所示电路中，已知U1＝10 V，Us1＝4V，Us2＝2V，R1＝4Ω，R2＝2Ω，R3＝5Ω。试计算端子1、2开路时流过电阻R2的电流I2和电压U2。

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图1－6

解 端子1、2开路时流过电阻R3和电压源Us2的电流为零，因此流过电阻R2 、R1和Us1的电流均为I2。由KVL，得

R2I2+R1I2+US1=U1

(R2+R1)I2=U1－US1

I2=(U1－U S1)/(R2+R1)=(10－4)/(2+4)=1A

U2= R2I2=2×1=2V

1－7 在图1－7所示电路中，四个电路元件的电压和回路电流的参考方向如图所示。设电压U1＝100V，U2＝－40V，U3＝60V，U4＝－80V，电流I＝－10A。(1)试标出各元件电压的实际极性（正极性⊕，负极性－）及回路电流I的实际方向；(2)判别哪些元件是电源，哪些元件是负载；(3)计算各元件的功率，并验证电路的功率平衡。

图1－7

解 (1)根据图示电流、电压的参考方向和它们的代数值，各元件电压的实际极性和回路电流的实际方向如图1－8所示。

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图1－8

(2)元件1和2的电压与电流实际方向相反，因此它们是电源；元件3和4的电压与电流实际方向相同，因此它们是负载。

(3)各元件的功率为

P1=U1I=－1000W

P2=U2I=(－40)×(－10)=400W

P3=U3I=60×(－10)=－600W

P4=U4I=(－80)×(－10)=800W

电路发出的功率为

P发出=1000+400=1400W

电路吸收的功率为

P吸收＝600+800=1400W

上述计算结果表明，电路的功率平衡。

1－8 在图1－9(a)所示电路中，已知I1＝0.2A，I2＝0.3A，I6＝1 A。试求电流I3、I4和I5。

(a) (b)

图1－9

解 应用KCL对图1－9(a)电路中各结点列写电流方程，得

I3=I1+I2=0.2+0.3=0.5A

I4=I6－I2=1－0.3=0.7A

I5=I3+I4=0.5+0.7=1.2A

验证：作一闭合面如图1－9(b)所示，对该闭合面有

I5=I1+I6=0.2+1=1.2A

通过该闭合面的电流符合KCL，故上述计算正确。 7

第二章 电阻电路的分析

2－1 电路如图2－1所示，设电路中每个电阻均为9Ω。试将电路分别变换为Y形电路和△形电路。

图2-1

解 将ADE、DBF、EFC组成的△形电路等效变换成Y形电路，如图2-1(a)所示，其中每个电阻为

RY=1/3RΔ=3Ω

然后将图2-1(a)所示电路再进行等效变换，其变换过程如图2-1(b)和(c)所示。

由图2-1(c)即可得到原电路的Y形电路和△形电路，分别如图2-1(d)和(e)所示。 8

2－2 在图2－2中，已知电压源Us＝27V，电阻 R1＝R2＝6Ω，R3＝R4＝R5＝2Ω，R6＝R7＝6Ω。试求支路电流I1、I2和I3。