電路圖中短接的問題 怎麼判斷用電器或者電阻是否被短接?

時間 2021-05-11 23:47:04

1樓:Kevin Wayne

這種形式的電路圖在目前的初中物理習題中偶爾會遇到,許多人可能會對以下兩個問題產生困惑

(1)從器材的連線上看,既然一條導線夾在 L1 的左端(接線柱 b)與 L2 的右端(接線柱 d),另一條導線夾在 L2 的左端(接線柱 c)與 L3 的右端(接線柱 e),那麼這三盞燈到底有沒有被短接呢?

(2)根據之前的解題經驗,假如去掉上述任意一條導線,肯定會有兩盞燈被短路,但神奇的是,為何這兩條導線按照這種方式連線時,三盞燈L1、L2、L3 都會有電流通過,並沒有被短接

在回答題主的問題之前,我們先來回顧一下和電路有關的基礎概念。

幾個電路元件沿著單一路徑互相連線,每個連線點最多隻連線兩個元件,此種連線方式稱為串聯。以串聯方式連線的電路稱為串聯電路

幾個電路元件的兩端分別連線於兩個節點,此種連線方式稱為併聯。連線點稱為節點。以併聯方式連線的電路稱為併聯電路

在通路中,電路元件被導線(或開關)直接接通,叫做導線(或開關)對電路元件短接,俗稱「對電路元件短路」。

直接把電源正極和負級用導線連在一起的電路,叫做電源短路。若閉合開關,電流會非常大,會損壞電源、燒壞其他電路元件。

實際上,短路本質上就是併聯的一種特殊情況。

如果小燈泡與導線並在一起,由於導線的內阻非常小,通常可以忽略不計,根據歐姆定律 ,由於 ,因而 ,即 ,電流幾乎都經過導線,通過小燈泡的電流近似為 0,可忽略不計,於是小燈泡被短接。

下面我們從最簡單的情況出發,逐步新增導線,解答題主的疑惑。

圖 ①:

從直觀上,我們可以很明顯地看出:這個電路從電源正極到電源負極只有一條閉合,沒有節點,因而小燈泡 L1、L2、L3 肯定是串聯的關係。

圖 ②:

對於這個電路,電流電源正極出發,經過節點 b。之後,有兩條支路,並且下乙個節點都是節點 d。於是,我們可以斷定:

導線與 L1、L2,兩條支路是併聯的關係。從而,電流只流經導線,通過 L3,到電源負極。因而,小燈泡 L1、L2被導線短接

圖 ③:

同樣的道理~ 對於這幅電路圖,電流電源正極出發,經過接線柱 b、小燈泡 L1,到達節點c。之後,有兩條支路,並且下乙個節點都是e。於是,我們可以斷定:

導線與 L2、L3,兩條支路是併聯的關係。從而,電流只流經導線,通過 L1,到電源負極。因而,小燈泡 L2、L3被導線短接

圖 ④:

對於這個電路圖,電流從電源正極出發,經過接線柱 b,之後有兩條支路,並且下乙個節點都是接線柱d,根據上述對圖 ②③ 的分析,我們可以斷定:bcd 段,電流只流經導線,小燈泡L1、L2被導線短接。電流到達節點 d。

之後,依舊是有兩條支路,並且下乙個節點都是接線柱 e,根據上述對圖 ②③ 的分析,我們可以斷定:de 段,電流只流經導線,小燈泡L3也被短接。由此,我們也可以看到電源短路的本質

只要電源正極、負極之間被導線相連,無論有多少條支路,電源都只流經導線,不流經其他元件。

最後回到題主提供的電路圖(圖 ⑤):

許多人初次看到這幅電路圖,會誤以為:

由於 b、d 之間連線著一根導線,那麼 L1、L2 會被短接。又由於 c、e 之間也連線著一根導線,那麼 L2、L3 也會被短接。綜上,三個小燈泡都被短接。

如果題主嘗試過電源的正極出發,畫出所有可能的支路,回到電源的負極,我們會發現:每條支路都至少經過乙個小燈泡。因而,我們可以斷定:

不可能發生三個小燈泡全部被短接的情況

實際上,根據電路的基本原理無論電路圖是否直觀,只要有電源構成閉合迴路,就一定會有電流產生。另外,電流從正極出發,需要逐個節點(也就是多條支路的交點)地經過前方的各個位置,才能回到負極,即使分流之後也是如此。並且,元件之間的串並聯關係與支路的實際形狀、長度無關,只與電流從正極與每次分流之後遇到的第乙個節點有關(劃重點)

若電路中沒有節點,則各元件之間為串聯。

對於圖 ⑤,我首先看到的並不是「L1、L2 之間連線了一根導線,L2、L3 之間也連線了一根導線」,而是電流從正極到達節點 b 時,經過 L1 這條支路遇到的第乙個節點是 c,而經過上方導線這條支路遇到的第乙個節點是 d。然後,到達節點 d 的電流,一支經過 L2 流向節點 c,另一支經過 L3 流向節點 e。經過 L1、L2 的電流於節點 c 匯合,沿下方導線流向節點 e,並與經過 L3 的電流匯合,最後回到負極。

由上面的分析可知,電路圖 ⑤,從 a 到 g,共三條支路abcfg、abdcfg、abdefg,分別經過小燈泡L1、L2、L3。由此可以斷定,三個小燈泡是併聯的關係。

其等效電路圖如下(圖 ⑥):

圖 ⑥ 與圖 ⑤ 在電路元件的連線方式上完全一致。

假如去掉電路圖 ⑤ 中下方的導線,則小燈泡 L1、L2 一定被短接。這是因為電流到達節點 b 之後,有導線與小燈泡 L1、L2 兩種選擇,且遇到的下乙個節點都位於接線柱 d。這時,我們才能說小燈泡 L1、L2 與導線是並在一起的,從而 L1、L2 能夠被短接。

為什麼 第一幅電路圖中,R1 和 R2 不會被短接?而第二幅電路圖中,L2 會被短接?

題主是初中生或者高中生吧,我盡可能形象的描述一下在簡單電路中 定理1 電流如同河流,電勢就像水的勢能一樣,從高處逐漸往低處流,不會在相同 高度 的地方流動,也不會逆流而上。定理2 在導線連通的所有地方,電勢是相同的。定理3 當電阻兩邊電勢相等,電流根本無需流過電阻就能繼續往前的時候,電阻才會被短路 ...

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