高考申論題
105年
[汽車工程] 電工學
第 一 題
📖 題組:
如圖一所示的電路中,設電源的內電阻(R0)為 0,請依序回答下列問題(請計算到小數點第二位):
如圖一所示的電路中,設電源的內電阻(R0)為 0,請依序回答下列問題(請計算到小數點第二位):
📝 此題為申論題,共 6 小題
小題 (一)
試求開關 S2在閉合前、後電路中的電流 I、I1、I2及電源的端電壓;當 S2閉合時,I1是否被分去一些電流?(10 分)
思路引導 VIP
本題考查並聯電路的基本特性與理想電源的概念。解題時應先確認電源內阻為0,這意味著無論並聯多少負載,端電壓皆保持恆定。接著利用功率公式 P=VI 計算各支路電流,並透過 KCL 求得總電流,最後以『端電壓不變』的物理解釋來回答電流是否發生變化。
小題 (二)
如果電源的內阻 R0不能忽略不計,則閉合 S2時,60 W 電燈中的電流是否會有所變動?(4 分)
思路引導 VIP
考慮電源內阻時,電路應視為內阻與負載電阻的串聯分壓模型。閉合開關會改變外接負載的總並聯等效電阻,進而影響電路總電流與電源內阻的壓降,可利用 KVL 及歐姆定律推導出負載端電壓的變化,據此判斷個別支路電流的增減。
小題 (三)
計算 60 W 和 100 W 電燈在 110 V 電壓下作用時的電阻,那一個電阻比較大(需寫下計算過程)?(4 分)
思路引導 VIP
看到求電燈電阻的問題,應立即聯想電功率公式 P = V^2 / R。透過移項得到 R = V^2 / P,將題目給定的額定電壓與額定功率代入即可求得各別的電阻值,並依據題目要求計算至小數點第二位。
小題 (四)
100 W 的電燈每秒鐘會消耗多少電能?(2 分)
思路引導 VIP
本題測驗電功率與電能的基本定義。只要理解功率的單位瓦特 (W) 即為焦耳每秒 (J/s),並利用公式 W = P × t 即可直接求得答案。最後記得依題目指示將數值標示至小數點第二位。
小題 (五)
設電源的額定功率為 125 kW,端電壓為 110 V,當只接上一個 110 V,60 W 的電燈時,電燈會不會被燒毀掉?(2 分)
思路引導 VIP
判斷電器是否燒毀的關鍵在於其兩端『實際承受的電壓』是否超過『額定電壓』。考生應釐清『電源額定功率』僅代表電源供電能力的上限,實際輸出的功率是由負載(電燈)的需求所決定,電源不會將全部額定功率強行灌入單一負載。
小題 (六)
如果將 S1及 S2閉合時,後果會如何呢?電燈的燈絲是否會被燒斷?(3 分)
思路引導 VIP
觀察電路圖可發現,開關 S1 直接並聯於電源與負載之間。當 S1 閉合時會造成電源直接短路,應運用歐姆定律及分流原理解釋短路電流的走向與負載端電壓變化,進而判斷燈絲是否受損以及保護元件(NFB)的連鎖動作。