淺談電路基本元素在電路分析中的應(yīng)用

摘要：本文從支路、結(jié)點(diǎn)、回路等電路基本元素出發(fā)，對(duì)電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解和分析，并以元件串并聯(lián)結(jié)構(gòu)為例，利用電路基本元素對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。實(shí)踐結(jié)果表明，電路基本元素可用于電路分析，可以加深學(xué)生對(duì)電路結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和理解，從而在電路分析時(shí)提高準(zhǔn)確率。

部分同學(xué)在分析電路時(shí)，首先想到的是套用一些電路分析方法，而并沒(méi)有太多地關(guān)注電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。正如我們與人交往時(shí)首先關(guān)注眼睛、鼻子、耳朵等外貌特征一樣，當(dāng)我們遇到不同的電路時(shí)，首先應(yīng)該關(guān)注電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這也是我們區(qū)分不同電路的基本依據(jù)。支路、結(jié)點(diǎn)、回路作為電路中的基本元素，對(duì)我們了解、認(rèn)識(shí)電路結(jié)構(gòu)可以起到非常重要的作用。

1、利用電路基本元素觀察電路結(jié)構(gòu)

支路是指電路中的每一個(gè)分支。一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱為支路電流，即支路和電流是一一對(duì)應(yīng)的，一條支路對(duì)應(yīng)一個(gè)電流。對(duì)支路的定義比較簡(jiǎn)單，在實(shí)際的電路分析中如何更加準(zhǔn)確的把握，需要我們深入理解。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上看，支路存在于結(jié)點(diǎn)之間，換言之，任意的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間都可以找到支路。如圖1所示，電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻R0在同一條支路上，具有相同的電流，同時(shí)在兩個(gè)元件之間沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)點(diǎn)。R1和R2在不同的支路上，對(duì)應(yīng)不同的電流，比較直觀的解釋是：兩個(gè)元件之間存在結(jié)點(diǎn)。我們?cè)趶慕Y(jié)構(gòu)的角度看，任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間都可以找到支路，例如：A、B結(jié)點(diǎn)之間有一條支路，B、C結(jié)點(diǎn)之間有一條支路，等等。根據(jù)這些特征可以非常準(zhǔn)確地觀察、判斷電路中的支路，而且不易犯錯(cuò)。

結(jié)點(diǎn)是指三條或三條以上支路的連接點(diǎn)。這里為什么是三條或者三條以上？因?yàn)閮蓷l支路是沒(méi)有結(jié)點(diǎn)的，實(shí)際上只能算作一條支路。這里有一種特殊的情況，例如圖1中的A結(jié)點(diǎn)和A’結(jié)點(diǎn)，按照定義都是結(jié)點(diǎn)，然而這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有元件，是等電位點(diǎn)，如果我們分析電路時(shí)不關(guān)注AA’支路上的電流，在分析過(guò)程中可以把這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)視為一個(gè)結(jié)點(diǎn)，相同的情況還有B結(jié)點(diǎn)和B’結(jié)點(diǎn)。

回路是指由支路組成的閉合路徑。只要多條支路構(gòu)成了閉合路徑，即形成了回路。如果電路中只有一個(gè)回路，同時(shí)也是一條支路，那么回路中只有一個(gè)電流，通過(guò)所有元件的電流是一樣的。這里值得注意的是，對(duì)于大部分的回路來(lái)說(shuō)，由于是由不同的支路構(gòu)成的，所以一個(gè)回路里面可能會(huì)存在多個(gè)電流，在電路分析過(guò)程中要尤其注意，避免犯錯(cuò)。

2、利用電路基本元素判斷元件的串并聯(lián)

在學(xué)習(xí)電路的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)串并聯(lián)的特點(diǎn)和一些結(jié)果比較清楚，例如串聯(lián)的元件具有相同的電流、并聯(lián)的元件具有相同的電壓、串并聯(lián)的總電阻、等等，然而在判斷一些復(fù)雜電路中元件的串并聯(lián)時(shí)，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。這里，我們從電路中的基本元素出發(fā)，對(duì)串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

對(duì)于串聯(lián)的元件，具有相同的電流，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，這些元件在同一條支路上，在這些元件之間是不會(huì)出現(xiàn)結(jié)點(diǎn)的，例如電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻R0就是串聯(lián)的，他們位于同一條支路。R1和R4、R4和R5都不是串聯(lián)的，他們并不在同一條支路，而且元件中間存在結(jié)點(diǎn)。

對(duì)于并聯(lián)的元件，具有相同的電壓，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，這些元件位于相同的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間，例如R1和R6都是位于A、B兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間，表明R1和R6是并聯(lián)的。接下來(lái)我們利用這種判斷方法對(duì)易犯錯(cuò)的R1、R2和R4、R5兩組元件進(jìn)行分析。R1和R2不是位于兩個(gè)相同的結(jié)點(diǎn)之間，R1位于A、B結(jié)點(diǎn)之間，R2位于A、C兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間，那么R1和R2不是并聯(lián)的。同理，R4和R5也不是并聯(lián)的。

對(duì)圖1做簡(jiǎn)單的變換獲得圖2所示的電路，根據(jù)串并聯(lián)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，R1、R6、R2都位于A、B兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間，因此R1、R6、R2是并聯(lián)的;R4、R5都位于B、D兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間，因此R4、R5是并聯(lián)的;R1、R6、R2總電阻和R4、R5總電阻串聯(lián)后接在A、D兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間，同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)R3也是位于A、D兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間，因此它們之間也是并聯(lián)的關(guān)系。從上述分析可見(jiàn)，從結(jié)構(gòu)的角度對(duì)串并聯(lián)進(jìn)行分析，可操作性強(qiáng)，不易犯錯(cuò)。

3、總結(jié)

本文從支路、結(jié)點(diǎn)、回路等電路基本元素出發(fā)，對(duì)電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解和分析，有助于學(xué)生更深入地理解、認(rèn)識(shí)電路，從而在電路分析時(shí)提高準(zhǔn)確率。同時(shí)，以元件串并聯(lián)結(jié)構(gòu)為例，利用電路基本元素對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。實(shí)踐結(jié)果表明，電路基本元素可用于電路分析，可以加深學(xué)生對(duì)電路結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和理解。

張和方 武漢外國(guó)語(yǔ)學(xué)校