做这种题,一定要找准“等电势点”,然后可以模拟两端电压及各支路电流的方法,来计算等效电阻。
【1、找等电势点】
该线路中可以找到四个等电势点A/B/C/D,如下图:
【2、找出容易判断的电流方向】
我们先假设A点电势最高,D点电势最低(可以将D点设为电势0点,则A点电势为正,计算更简单),总电流方向是A→D(从左到右),则3个20Ω和1个60Ω电阻上的电流非常好判断,都是从左到右。但是B、C两点电势哪个高不好判断,80Ω电阻上的电流方向暂时不明。如下图:
【3、用摘除BC之间电路的方法来判断B、C两点电势高低】
如果我们摘除80Ω电阻,则电路变成两路并联,如下图:
这样很容易算出BC两点电势(以AD两点电势为参照)为:
UB=UA×20/(20+20)+UD=UA/2+UD
UC=UA×60/(20+60)+UD=UA×3/4+UD
很明显得到:UB<UC,即:原电路中80Ω电阻的电流应该是C→B(从右到左)。
【4、电路变形,并计算】
根据上述判断,我们可以将电路变形如下图:
根据上图,计算如下:
UA-UB=(UA-UC)+(UC-UB),即:20I₁=20I₂+80I₃
即:I₁=I₂+4I₃……①
UC-UD=(UC-UB)+(UB-UD),即:60I₅=80I₃+20I₄
即:3I₅=4I₃+I₄……②
又:
I₂=I₃+I₅……③
I₄=I₁+I₃……④
上述①②③④四个方程,共有五个未知数,但如果我们把其中一个视为常数,则四个未知数四个方程,即得到一个四元一次方程组,可解。
我们将I₃视为常数(因为后面要用总电压÷总电流来求等效电阻,而总电流=I₁+I₂=I₄+I₅,这样表达最方便),则可解出I₁/I₂/I₄/I₅用I₃来表达的结果(重复迭代即可逐步消元,过程略):
I₁=10I₃,I₂=6I₃,I₄=11I₃,I₅=5I₃;
则:总电流=I₁+I₂=I₄+I₅=16I₃
电路总电压为:
UA-UD=(UA-UB)+(UB-UD)
=20I₁+20I₄
=20×10I₃+20×11I₃
=420I₃
=16I₃×26.25
=(I₁+I₂)×26.25
则,等效电阻为:
(UA-UD)÷(I₁+I₂)=26.25(Ω)