Основні принципи спрощення схем
Складні схеми фізичної електрики в молодшій школі можна спростити за такими принципами:
☀По-перше: ігноруючи опір дроту, передбачається, що дріт R становить ≈0. Напруга на дроті, коли тече струм, дорівнює нулю, і напругу на вимикачі можна виміряти, коли він розімкнений (інших точок розриву в ланцюзі немає).
☀По-друге: коли вимикач замкнутий, це еквівалентно дроту; коли перемикач розімкнутий, це еквівалентно розімкнутому ланцюгу, який можна видалити з двох вузлів ланцюга. Коли вимикач замкнутий і тече струм, напруга на вимикачі дорівнює нулю, а напругу на вимикачі можна виміряти, коли він розімкнений (інших точок розриву в ланцюзі немає).
☀По-третє: внутрішній опір амперметра дуже малий. При аналізі способу підключення ланцюга місце з амперметром можна вважати проводом.
☀Четверте: внутрішній опір вольтметра дуже великий. При аналізі режиму підключення ланцюга місце з вольтметром можна розцінити як розімкнуту ланцюг і видалити з двох вузлів ланцюга.
☀П’яте: Коротке замикання електричного приладу (опір): коли електричний прилад (опір) і провід (перемикач, амперметр) з’єднані паралельно, струм через електричний прилад не проходить (як показано на малюнку нижче) , а електроприлад можна зняти з двох вузлів ланцюга (зняти).
☀Шосте: сегмент Па ковзного реостата замкнутий дротом (металевим стрижнем) і не працює. Після видалення відрізка Pa фігура a нижче стане фігурою b.
☀Сьоме: проаналізуйте взаємозв’язок між загальним струмом, загальною напругою та розділеним струмом і розділеною напругою відповідно до законів струму та напруги послідовних і паралельних ланцюгів «послідовно розділена напруга, паралельно з’єднаний струм».
☀Восьме: якщо амперметр підключений послідовно до будь-якого електроприладу, виміряйте силу струму цього електроприладу, а якщо вольтметр підключений паралельно до будь-якого електроприладу, виміряйте напругу цього електроприладу. Про напругу, виміряну вольтметром, можна судити методом ковзання і методом джерела.
☀Дев'яте: В принципі, вольтметр потрібно підключати паралельно в ланцюг. При окремому вимірюванні напруги джерела живлення його можна підключити безпосередньо до обох кінців джерела живлення.
Загалом, якщо вольтметр підключено послідовно в ланцюг, виміряна напруга є напругою на джерелі живлення (див. примітки для отримання додаткової інформації). Якщо амперметр безпосередньо під’єднано до обох кінців джерела живлення, він згорить, а джерело живлення замикається, що призведе до згоряння джерела живлення.
☀Десяте: якщо на дроті (між вузлами) немає електричних приладів (крім вимикачів і амперметрів), то кожну точку на дроті можна розглядати як точку, яку можна довільно об’єднувати, розділяти, збільшувати або зменшувати. (Цей метод також називається методом вузла) Наприклад:
02
Етапи спрощення схеми
☀Крок 1: Зняти відключений вимикач відповідно до вимог теми, а замкнутий вимикач перетворити на провід.
☀Крок 2: Перетворіть амперметр на дріт (його також можна залишити за бажанням).
☀Крок 3: Зніміть вольтметр.
☀Крок 4: Об’єднайте (або переставте) вузли на дроті. (Цей крок використовується, коли в ланцюзі багато електричних приладів, які переплутані один з одним)
☀Крок 5: Намалюйте еквівалентну схему, щоб визначити, чи з’єднані електричні прилади послідовно чи паралельно.
☀Крок 6: Використовуйте принципи 7 і 8 у вихідній схемі, щоб визначити, який електричний струм і напругу вимірюють амперметр і вольтметр.
☀Крок 7: Додайте вольтметр і амперметр до схеми еквівалентного кола та проаналізуйте зв’язок між кожним амперметром і представленням напруги. (Принцип сьомий)
03
Вибрані лекції на класичних прикладах
☀Приклад 1: на наведеній нижче електричній схемі після замикання перемикача S показання вольтметра V1 становлять 2,5 В, а показання V2 — 1 В. Якщо значення A2 дорівнює 0.2A, яке значення A1? Знайдіть напругу на двох лампочках.
картина
Аналіз: Крок 1: Перетворіть перемикач на дріт;
Крок 2: Перетворіть амперметр на дріт;
Третій крок - зняття вольтметра.
Четвертий крок (пропущено)
Крок 5: Визначте спосіб електричного підключення
картина
Очевидно, що дві лампочки включені послідовно в коло.
Крок 6: Відповідно до принципу 4 знайте, що вольтметр V2 від’єднано, тому через A1 не протікає струм, і показання дорівнюють нулю; відповідно до методу ковзання відомо, що V1 підключено паралельно джерелу живлення, і виміряйте напругу на обох кінцях джерела живлення. V2 і L2 з’єднані паралельно, і вимірюється напруга на L2.
Крок 7. Схема еквівалентного кола виглядає наступним чином:
картина
Відповідно до еквівалентної схеми можна побачити, що необхідний I1=I2=0.2A
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
картина
☀Приклад 2: Як показано на малюнку, після замикання перемикача s взаємозв’язок між наступними представленнями напруги такий, а зв’язок між представленнями струму такий: ___.
картина
Розбір: перший крок: перетворити вимикач на дріт;
Крок 2: Перетворіть амперметр на дріт;
Третій крок: зніміть вольтметр; четвертий крок (пропущено);
Крок 5: Визначте спосіб підключення кожного електроприладу:
картина
Крок 6: Оцінюйте об’єкти, виміряні амперметром і вольтметром відповідно до принципів 7 і 8 і методу ковзання або методу видалення джерела.
① У вихідній схемі, якщо вольтметр видалити, можна виявити, що амперметри A1 і A2 з’єднані послідовно з лампочкою, тому числа представлення струму рівні;
② Використовуючи метод ковзання, можна судити, що V1 вимірює напругу на обох кінцях L1, V2 вимірює напругу на обох кінцях джерела живлення, а V3 вимірює напругу на обох кінцях L2.
Крок 7. Схема еквівалентного кола виглядає наступним чином:
картина
картина
☀Приклад 3: після замикання перемикача ланцюга показання v1, v2 і v3 становлять 8 В, 9 В і 4 В відповідно, тож які напруги на обох кінцях L1, L2 і L3?
картина
Необхідне співвідношення напруг: U2=U1 плюс U3 I1=I2
Рішення: Відповідно до «Десяти принципів, сім кроків», еквівалентна схема схеми може бути отримана таким чином:
картина
З еквівалентної діаграми можна отримати наступні рівняння:
UL1 плюс UL2=8V
UL2 плюс UL3=9V
UL3=4V
Рішення: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
картина
☀Приклад 4: Як показано на малюнку, відомо, що дві лампочки L1 і L2 з’єднані послідовно, тоді правильним судженням щодо трьох амперметрів (амперметра або вольтметра) у ①, ② і ③ є ( )
А. ① – амперметр, ② і ③ – вольтметри;
B. ① і ③ – вольтметри, а ② – амперметр;
C. ① і ② – амперметри, а ③ – вольтметр;
D. ①② і ③ є амперметрами
картина
Аналіз: Відповісти на це питання можна методом виключення. Заповніть таблиці для відповіді на питання А
Серед трьох позицій, згідно з «десятьма принципами, сім кроків», електрична схема спрощена до:
картина
Очевидно, це не відповідає назві.
Заповніть таблиці відповіді Б на малюнку, схему можна спростити так:
картина
Такий спосіб заповнення відповідає змісту питання.
Заповніть таблиці відповіді С у ланцюг, ланцюг L1 роз’єднаний, а спрощена схема збігається з відповіддю А, що не відповідає змісту запитання. Заповніть таблиці відповідей на Д на малюнку джерело живлення закорочене, через дві лампочки струм не тече, що не відповідає змісту запитання. Тож виберіть відповідь B.
