电路中的电势分析

电路中的电势分析在电路分析和计算中，对电路中各点电势高低的分析，往往是正确分析电路结构，判断电流的流向，计算两点间的电势差的基础和关键．下面分别对电路中电势分析的方法，以及电势分析在电路分析和计算中的运用作些说明．一、电路中电势分析的方法在闭合电路中，电源两极的正、负电荷沿电路建立电场，其中电源的正极电势最高，负极的电势最低，分析电路中其它各点电势高低的分布，要把握如下两个要点：1．在外电路中，电流由电势高的正极流向电势低的负极．这之中每流经电阻R，沿电流的方向电势降低，降低的数值等于IR．2．电流流经电动势为ε、内电阻为r的电源时，沿着电流从负极流入由正极流出的方向，电势升高的数值等于电动势ε，同时在内电阻上电势降低的数值等于Ir，即电势升高的数值等于ε-Ir．[例1]如图1所示电路中，电源的电动势ε1=6.0V,ε2=4.0V，内电阻r1=r2=1.0Ω，电阻R1=R3=6.0Ω，R2=3.0Ω．若c点接地,试比较a、b、d三点电势的高低．[解析]电路中的电流为c点接地，该点电势为零，即Uc＝0．比较a、b、d三点电势的高低，可选择一段相应的电路，根据前面指出的两点，列出电势升降方程分析判断．在dC段电路上，沿电流方向由d点到c点，电势升高的数值为ε2—Ir2．据此列出的电势升降方程为：Ud+(ε2—Ir2)，解得d点电势为Ud=Uc-(ε2-Ir2)=[0-(4.0-1.0×1.0)]V=-3.0V在ad段电路上，沿电流方向由a点到d点，电势降低的数值为IR3，其电势升降方程为：Ua-IR3=Ud．解得a点电势为Ua=Ud+IR3=(-3.0+1.0×6.0)V=3.0V在ab段电路上，沿电流方向由b点到a点，电势升高的数值为ε1-Ir1，其电势升降方程为：Ub+(ε1-Ir1)=Ua．解得b点电势为Ub=Ua-(ε1-Ir1)=[3.0-(6.0-1.0×1.0)]V=-2.0V综合上述分析可判知：a、b、d三点电势高低的关系为Ua＞Ub＞Ud．二、电路中电势分析的应用在电路分析和计算中，常涉及到电路结构分析、电流流向判断、不同支路上两点间电势差的计算这样一些问题，这些都与对电路中各点电势高低的分析是密不可分的．下面通过例题来说明电路中电势分析的具体应用．[例2]如图2所示，一段由电阻R1、R2、R3和R4组成的电路．试分析这段电路的结构．（1）电容器所带的电量？说明电容器哪个极板带正电？（2）若R1突然断路，将有多少电量通过R5？[解析]涉及电路中接有电容器的问题，要注意两点：①注意分析加在电容器两板间的电压，等于电路中哪两点间的电势差，如果电容器两板分别接在不同支路的两点上，必须通过电势分析求出两点间的电势差．②电容器充放电达到稳定后，由于电容器的隔直作用，在电容器所在的支路中没有电流．（1）设d点电势为零，即Ud=0．在a、b两点间电容器所在支路中，电流为零，R5两端等电势，因而加在电容器两板间的电压即为a、b两点间的电势差．电流由a点经R2流到d点，电势降低的数值即为R2两端电压，则a点电势为电流由b点经R4流到d点，电势降低的数值即为R4两端电压，则b点电势为由Ub＞Ua判知，电容器下板带正电．再由b、a两点间的电势差Uba=Ub-Ua=5.0V，可求出电容器所带的电量为Q=Cuba=(2.0×10-6×5.0)C=1.0×10-5C（2）在接有电容器的电路中，当电路结构或状态发生变化时，一般电容器要经历一次充电或放电过程，之后电容所带电量再次达到稳定．本题中，R1断路，当电容器带电再度达到稳定后，加在电容器两板间的电压等于R4两端的电压，此时电容器所带电量为由Ub＞Ud可知，电容器下板仍带正电．由Q'＞Q判知，R1断路后电容器经历了一次再充电的过程，电容器极板上所增加的电量，即为电容器在R1断路前后所带电量之差．据此通过R5的电量为q=Q'－Q=（1.6×10-5－1.0×10-5）C=6.0×10-6C最后还需强调的一点是，在分析电路各点电势，对于