第7卷 电容器的电场能 重庆市（高职分类考试）《电工电子技术与技能》（机工版） 单元过关卷

重庆市（高职分类考试）电气技术类 《电工电子技术与技能》（机工版） 电容器的电场能 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 将60μF的电容器充电到200V，这时电容器储存的电场能是（ ） A. 1.5J B. 2J C. 2.4J D. 1.2J 【答案】D 【解析】电容器储存的电场能，将数据代入，可得W=1.2J，故选D。 2. 两只电容器容量之比为2:1，把它们并联后接到电源上充电，充电完毕后它们的电场能之比是（ ） A. 1:2 B. 1:1 C. 2:1 D. 4:1 【答案】C 【解析】电容器电场能 ，并联后,Q相同,故 。故选C。 3. 两只容量均为C的电容器的串联等效电容为，并联等效电容为，将这样的与串入电路中，则各等效电容器两端的电压之比和所储存的电场能之比分别是（ ） A. 和 B. 和 C. 和 D. 和 【答案】D 【解析】两只容量均为的电容器串联时，等效电容；并联时，等效电容。再将与串联接入电路，串联电容器所带电荷量相同。由可知，电压与电容成反比，所以。串联时储能可用计算，电荷量相同，电场能也与电容成反比，因此。故选D。 4. 两个电容器，和，，它们串联后接到电源上，充电完成后，和的电场能量之比:为（ ） A. 1:2 B. 2:1 C. 1:4 D. 4:1 【答案】A 【解析】串联电容器电压与电容成反比，::1:2，电场能量W=C2，则W1:W2 1:2，所以选A。 5. 一个电容器的电容为4μF，充电到20V，其电场能为（ ） A. 4×1J B. 8×1J C. 1.6×1J D. 3.2×1J 【答案】B 【解析】电场能，代入数据可得W=8×10-4J。故选B。 6. 电容器两端电压升高的过程就是电容器中电场建立的过程，在此过程中，它从______吸取能量。（ ） A. 电容 B. 高次谐波 C. 电源 D. 电感 【答案】C 【解析】电容器两端电压升高的过程就是电容器中电场建立的过程，在此过程中，它从电源吸取能量转化为电场能，故C正确。 7. 电路如图所示，若E=8V，，C=0.5μF，则电容器C所带的电荷量为（ ） A. 0 B. C. D. 【答案】C 8. 一只电容为100 μF的电容器接在20 V直流电源上，充电至稳定后忽略损耗，其储存的电场能约为（ ） A. 10 mJ B. 20 mJ C. 40 mJ D. 200 mJ 【答案】B 【解析】电容器储存的电场能按电容、电压平方和二分之一的乘积计算。代入100 μF和20 V可得电场能为0.02 J，即20 mJ。 9. 将30μF的电容器从电压100V充电到200V，增加了（ ）的电场能量。 A. 0.15J B. 0.6J C. 0.75J D. 0.45J 【答案】D 【解析】 10. 电容器中的电场能量是由什么决定的？（ ） A. 电容器的电容 B. 电容器的电压 C. 电容器的电阻 D. 电容器的电感 【答案】A 【解析】电容器中的电场能量与其电容成正比。 11. 电容器中的电场能量公式中，（ C ） 代表什么？（ ） A. 电容器的电压 B. 电容器的电荷量 C. 电容器的电场强度 D. 电容器的电容 【答案】D 【解析】电容器中的电场能量公式中，（ C ） 代表电容器的电容。 12. 电容器中的电场能量与下列哪个量有关？（ ） A. 电容器的电压 B. 电容器的电荷 C. 电容器的形状 D. 电容器的介电常数 【答案】A 【解析】电容器中的电场能量与电容器的电压有关。 13. 电容器的能量存储与释放是通过什么方式实现的（ ） A. 磁场 B. 电场 C. 静电 D. 电流 【答案】B 【解析】电容器的能量存储和释放是通过电场的存储和释放实现的。 14. 如图所示三个电容器、、，若，则它们的储能之比（ ） A. 2：1：6 B. 3：6：4 C. 4：6：3 D. 6：1：2 【答案】A 15. 在电容器中，存储的电场能量与下列哪个因素有关？（ ） A. 电容器的电阻 B. 电容器的电荷量 C. 电容器的外电流 D. 电容器的导热性能 【答案】B 【解析】电容器中存储的电场能量与电容器的电荷量有关。 16. 哪种情况下电容器中的电场能量最大？（ ） A. 电容器电压较低 B. 电容器电压较高 C. 电容器电压为零 D. 电容器电压无影响 【答案】B 【解析】电容器中的电场能量与电容器的电压的平方成正比，因此电压越高，电场能量越大。 17. 相机闪光灯、加热设备是利用电容器的________作用实现的（ ） A. 温度补偿 B. 整流 C. 滤波 D. 储能 【答案】D 【解析】电容器充电后能够把电能以电场能的形式储存在两极板间，需要时再快速放电释放能量。相机闪光灯利用电容器先储能、后瞬间放电产生强光；相关加热设备也可利用电容器储存并释放能量。因此体现的是电容器的储能作用，故选D。 18. 电容器中的电场能量存储在哪里？（ ） A. 电子内 B. 电容器外 C. 电容器板间 D. 电容器核心 【答案】C 【解析】电容器中的电场能量存储在电容器板间的电场中。 19. 电容为的电容器，当其端电压从增大到时，储存的电场能量增加了（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】电容器储存的电场能为。电压由增大到时，电场能增加量为。故选B。 20. 某电容器电容量为 100 μF，充电电压为 20 V，其储存的电场能约为（ ） A. 0.01 J B. 0.02 J C. 0.04 J D. 0.20 J 【答案】B 【解析】电容器电场能 ，代入 、，得 。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 电容器储存的电场能与其两端所加的电压成正比。（ ） 【答案】错误 【解析】电容器储存的电场能公式为。在电容一定时，电场能与电压的平方成正比，而不是与电压成正比。例如电压增大为原来的2倍，储能会增大为原来的4倍。因此题干说法错误。 22. 当电容器两端电压增加时，电容器便把它原来所储存的能量释放出来（ ） 【答案】错误 【解析】当电容器两端电压增加时，电容器从电源吸收能量并储存起来；当电容器两端电压降低时，电容器便把它原来所储存的能量释放出来。 23. 电容器两端的电压不能突变，这是由于电容器的储能特性。（ ） 【答案】正确 【解析】电容器两端电压与其储存的电荷量有关，满足。理想电容器的电压若瞬间突变，就意味着电荷量也要瞬间突变，需要无穷大的充放电电流，这在实际电路中不能实现。因此电容器两端电压不能突变，这与其储存电荷和电场能的特性有关，题干说法正确。 24. 在一个电路中，如果一个电容器的电压增加，电容器中存储的能量会减少。（ ） 【答案】错误 【解析】电容器存储的能量与其电压的平方成正比，因此电压增加会导致存储的能量增加。 25. 电场能量与电容器两端电压不是线性关系。（ ） 【答案】正确 【解析】电容器储存的电场能为。当电容一定时，电场能与电压的平方成正比，而不是随电压按一次函数线性变化。因此电场能量与电容器两端电压不是线性关系，题干说法正确。 26. 电容器的能量存储方式是将电场能量转化为磁场能量。（ ） 【答案】错误 【解析】电容器存储的能量是电场的能量，不是磁场能量。 27. 一个电容器在充电过程中，电场能始终保持不变。（ ） 【答案】错误 【解析】充电过程中，电荷量和电压都在增加，电场能也在增加。故表述错误。 28. 电容器中存储的电场能量与电容器的电阻有关。（ ） 【答案】错误 【解析】电容器中存储的电场能量与电容器的电荷量有关。 29. 电场能量与电容器的电容和电压无关。 （ ） 【答案】错误 【解析】电场能量与电容和电压成正比。 30. 电容器在充电过程中储存的电场能可以通过E=1/2C计算，其中C是电容，V 是电压。（ ） 【答案】正确 【解析】电容器充电后储存的电场能可用公式计算，其中表示电容，表示电容器两端电压。该式说明储能与电容成正比、与电压的平方成正比。因此题干说法正确。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述电容能量特性。 【答案】①电容器充电后，能量以电场能的形式储存在两极板之间的电场中。 ②电容器储存的电场能大小与电容量和两端电压有关，常用公式为，也可写成或。 ③在电容一定时，电场能与电压的平方成正比，电压越高，储存的能量增加越明显。 ④电容器充电时从电源吸收能量并储存在电场中，放电时将储存的电场能释放给外电路；电容器两端电压一般不能突变。 【解析】本题要求简述电容能量特性，应重点说明电容器储能的形式、储能大小的计算公式以及充放电过程中的能量转换。电容器的电场能储存在两极板间的电场中，基本公式为。结合，还可推得和。因此在电容一定时，储能与电压平方成正比，而不是简单线性关系。 32. 简述电容器充电后电场能的来源、储存位置，并写出电场能的常用计算式及各物理量含义。 【答案】（1）电容器的电场能来源于电源在充电过程中对电荷所做的功。 （2）电场能储存在电容器两极板之间形成的电场中。 （3）常用计算式为W＝1/2CU2，也可写为W＝1/2QU，其中W表示电场能，C表示电容，U表示两端电压，Q表示电荷量。 【解析】电容器充电时，电源把能量转化为极板间电场的能量。作答时应说明能量来源、储存位置和计算关系，避免把电容器说成消耗电能的元件。 33. 简述电容器储存电场能的特点及常用计算公式。 【答案】（1）电容器充电后，电场能储存在两极板间的电场中。 （2）电场能大小与电容量和两端电压有关，电压越高，储能增加越明显。 （3）常用公式为 ，也可写成 或 。 【解析】本题考查电容器电场能的来源和公式应用。答题时应说明储能位置、影响因素，并写出电容量、电压、电荷量之间的等价表达式。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某实训车间对一台储能式点焊设备进行停机检修。该设备直流储能单元由 2 个相同支路并联组成，每个支路由 2 只 2200 μF 的电容器串联组成。停机 3 min 后，维修电工测得储能单元两端电压为 300 V。设备检修规程规定：接触储能单元前，端电压应不高于 60 V，且剩余电场能应不超过 5 J。（1）计算该储能单元的等效电容量，并计算停机 3 min 后储能单元储存的电场能。（2）根据计算结果，判断此时是否允许直接接触储能单元，并说明理由。（3）若放电后端电压降至 60 V，计算此时剩余电场能，并提出检修前应采取的安全措施。 【答案】（1）每个串联支路的等效电容量为。两个相同支路并联后的总电容量为。停机 3 min 后储存的电场能为。（2）不允许直接接触储能单元。此时端电压 300 V 高于规定的 60 V，储存电场能 99 J 也大于规定的 5 J，存在触电和放电灼伤风险。（3）端电压降至 60 V 时，剩余电场能为。此时剩余电场能低于 5 J，但检修前仍应使用合适的放电电阻充分放电，用万用表复测端电压不高于 60 V，并确认无残余高压后再操作。 【解析】（1）相同电容器串联时，等效电容量小于单只电容量；相同支路并联时，总电容量等于各支路电容量之和。电容器电场能按 计算，代入等效电容量和实测电压可得停机后的储能为 99 J。（2）检修判断应同时比较电压限值和电场能限值，只要任一条件不满足，都不能直接接触储能单元。本题中电压和储能均超过规程要求，所以不允许直接检修。（3）电压降至 60 V 后，按同一公式计算剩余电场能为 3.96 J，已低于能量限值；但储能电容仍可能残留危险电压，必须按规程放电并复测确认后才能接触。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 重庆市（高职分类考试）电气技术类 《电工电子技术与技能》（机工版） 电容器的电场能 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 将60μF的电容器充电到200V，这时电容器储存的电场能是（ ） A. 1.5J B. 2J C. 2.4J D. 1.2J 2. 两只电容器容量之比为2:1，把它们并联后接到电源上充电，充电完毕后它们的电场能之比是（ ） A. 1:2 B. 1:1 C. 2:1 D. 4:1 3. 两只容量均为C的电容器的串联等效电容为，并联等效电容为，将这样的与串入电路中，则各等效电容器两端的电压之比和所储存的电场能之比分别是（ ） A. 和 B. 和 C. 和 D. 和 4. 两个电容器，和，，它们串联后接到电源上，充电完成后，和的电场能量之比:为（ ） A. 1:2 B. 2:1 C. 1:4 D. 4:1 5. 一个电容器的电容为4μF，充电到20V，其电场能为（ ） A. 4×1J B. 8×1J C. 1.6×1J D. 3.2×1J 6. 电容器两端电压升高的过程就是电容器中电场建立的过程，在此过程中，它从______吸取能量。（ ） A. 电容 B. 高次谐波 C. 电源 D. 电感 7. 电路如图所示，若E=8V，，C=0.5μF，则电容器C所带的电荷量为（ ） A. 0 B. C. D. 8. 一只电容为100 μF的电容器接在20 V直流电源上，充电至稳定后忽略损耗，其储存的电场能约为（ ） A. 10 mJ B. 20 mJ C. 40 mJ D. 200 mJ 9. 将30μF的电容器从电压100V充电到200V，增加了（ ）的电场能量。 A. 0.15J B. 0.6J C. 0.75J D. 0.45J 10. 电容器中的电场能量是由什么决定的？（ ） A. 电容器的电容 B. 电容器的电压 C. 电容器的电阻 D. 电容器的电感 11. 电容器中的电场能量公式中，（ C ） 代表什么？（ ） A. 电容器的电压 B. 电容器的电荷量 C. 电容器的电场强度 D. 电容器的电容 12. 电容器中的电场能量与下列哪个量有关？（ ） A. 电容器的电压 B. 电容器的电荷 C. 电容器的形状 D. 电容器的介电常数 13. 电容器的能量存储与释放是通过什么方式实现的（ ） A. 磁场 B. 电场 C. 静电 D. 电流 14. 如图所示三个电容器、、，若，则它们的储能之比（ ） A. 2：1：6 B. 3：6：4 C. 4：6：3 D. 6：1：2 15. 在电容器中，存储的电场能量与下列哪个因素有关？（ ） A. 电容器的电阻 B. 电容器的电荷量 C. 电容器的外电流 D. 电容器的导热性能 16. 哪种情况下电容器中的电场能量最大？（ ） A. 电容器电压较低 B. 电容器电压较高 C. 电容器电压为零 D. 电容器电压无影响 17. 相机闪光灯、加热设备是利用电容器的________作用实现的（ ） A. 温度补偿 B. 整流 C. 滤波 D. 储能 18. 电容器中的电场能量存储在哪里？（ ） A. 电子内 B. 电容器外 C. 电容器板间 D. 电容器核心 19. 电容为的电容器，当其端电压从增大到时，储存的电场能量增加了（ ） A. B. C. D. 20. 某电容器电容量为 100 μF，充电电压为 20 V，其储存的电场能约为（ ） A. 0.01 J B. 0.02 J C. 0.04 J D. 0.20 J 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 电容器储存的电场能与其两端所加的电压成正比。（ ） 22. 当电容器两端电压增加时，电容器便把它原来所储存的能量释放出来（ ） 23. 电容器两端的电压不能突变，这是由于电容器的储能特性。（ ） 24. 在一个电路中，如果一个电容器的电压增加，电容器中存储的能量会减少。（ ） 25. 电场能量与电容器两端电压不是线性关系。（ ） 26. 电容器的能量存储方式是将电场能量转化为磁场能量。（ ） 27. 一个电容器在充电过程中，电场能始终保持不变。（ ） 28. 电容器中存储的电场能量与电容器的电阻有关。（ ） 29. 电场能量与电容器的电容和电压无关。 （ ） 30. 电容器在充电过程中储存的电场能可以通过E=1/2C计算，其中C是电容，V 是电压。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 简述电容能量特性。 32. 简述电容器充电后电场能的来源、储存位置，并写出电场能的常用计算式及各物理量含义。 33. 简述电容器储存电场能的特点及常用计算公式。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某实训车间对一台储能式点焊设备进行停机检修。该设备直流储能单元由 2 个相同支路并联组成，每个支路由 2 只 2200 μF 的电容器串联组成。停机 3 min 后，维修电工测得储能单元两端电压为 300 V。设备检修规程规定：接触储能单元前，端电压应不高于 60 V，且剩余电场能应不超过 5 J。（1）计算该储能单元的等效电容量，并计算停机 3 min 后储能单元储存的电场能。（2）根据计算结果，判断此时是否允许直接接触储能单元，并说明理由。（3）若放电后端电压降至 60 V，计算此时剩余电场能，并提出检修前应采取的安全措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $