第7卷 电容——电容器、串并联与充放电 湖南省（对口招生）《电工技术基础与技能》（高教版·第3版） 单元过关卷

湖南省（对口招生）电子电工类 《电工技术基础与技能》（高教版·第3版） 电容——电容器、串并联与充放电 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. 超级电容器相对于传统电容器来说，具有哪个特点？（ ） A. 电容量更小 B. 存储密度更低 C. 充放电速度更快 D. 寿命更短 2. 两个电容器的电容量分别为6 μF和3 μF，将它们串联接入直流电路后，其等效电容量为（ ） A. 1 μF B. 9 μF C. 3 μF D. 2 μF 3. 电路如图所示，两个完全相同的电容器串联后，接到直流电源上，待电路稳定后在 C2中插入云母介质，下面结果正确的是（ ） A. U1=U2，Q1=Q2 B. U1>U2，Q1=Q2 C. U1<U2，Q1>Q2 D. Ul=U2，Q1<Q2 4. 电容器通过电阻接入恒定直流电源进行充电时，电路中充电电流和电容器两端电压的变化规律是（ ） A. 电流逐渐增大，电压逐渐减小 B. 电流逐渐减小，电压逐渐减小 C. 电流保持不变，电压保持不变 D. 电流逐渐减小，电压逐渐增大 5. 不属于电容器的电容单位是（ ） A. 法 B. 微法 C. 亨 D. 皮法 6. 以下哪个因素会影响电容器的电容值？（ ） A. 温度 B. 颜色 C. 形状 D. 声音 7. 如图所示，平行板电容器两极板间电压恒定，带电的油滴在两极板间静止，若将板间距离增大一些，则油滴将（ ） A. 向上运动 B. 向下运动 C. 向左运动 D. 向右运动 8. 选用电容器时，若工作环境温度较高，应选择_____电容器。（ ） A. 温度系数小的 B. 温度系数大的 C. 容量大的 D. 容量小的 9. 电容器上标有“223”，其电容值为（ ） A. 223pF B. 22000pF C. 22nF D. 0.022μF 10. 如图所示，每个电容器的电容都是6μF，额定工作电压都是50V，那么整个电容器组的等效电容和额定工作电压分别是（ ） A. 4μF、50V B. 2μF、50V C. 2μF、100V D. 4μF、100V 11. 、耐压200V和、耐压400V的两个电容器串联后的耐压是（ ） A. 400V B. 200V C. 300V D. 600V 12. 两个相同的电容器串联之后的等效电容，跟它们并联之后的等效电容之比为（ ） A. 1:4 B. 2:1 C. 1:2 D. 4:1 13. 串联电容器的等效电容为（ ）。 A. 各电容器电容之和 B. 电容之间的倒数之和 C. 电容之间的平方和 D. 电容之间的乘积再除以电容之和 14. 如图所示，两个完全相同的电容器串联接到直流稳压电源上，在中插入云母介质，下列结果正确的是（ ） A. B. C. D. 15. 两个相同的电容器并联后，总电容是串联时的（ ） A. 1/4倍 B. 1/2倍 C. 2倍 D. 4倍 16. 有两个电容器，电容分别为10μF和20μF，它们的额定电压分别为25V和20V，现将它们并联后接在15V的直流电路上，则它们储存的电荷量分别是（ ） A. 1.5×1C，4×1C B. 1.5×1C，3×1C C. 2×1C，3×1C D. 1.5×1C，2×1C 17. 电路如图所示，当C1<C2<C3时，它们两端的电压的关系为（ ） A. U1=U2=U3 B. U1>U2>U3 C. U1<U2<U3 D. 不能确定 18. 电路中含有一个电阻和一个电容器，电阻突然被一个等值电阻替换，对电容器充电过程有何影响（ ） A. 充电时间不变 B. 充电速度加快 C. 充电速度减慢 D. 电容器立即放电 19. 当一个电容器充电时，充电电流与时间的关系可以用以下哪种曲线描述？（ ） A. 直线上升曲线 B. 直线下降曲线 C. 指数增长曲线 D. 指数衰减曲线 20. 如果一个电容器的电容减小，充电所需的时间会：（ ） A. 增加 B. 保持不变 C. 减少 D. 变得不确定 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 电容具有通交流、隔直流的特性。（ ） 22. 当电容两端加恒定电压时，电容元件可视作短路。 23. 可变电容器是指其耐压值可以变化的电容器。（ ） 24. 电容器并联时，每个电容器上的电荷量相等。（ ） 25. 图为RC电路的充电时，和i的时间变化曲线（ ） 26. 电容器并联时，各个电容器上分配到的电压相等。（ ） 27. 电容器充电时，电流逐渐增大，电压也逐渐增大。（ ） 28. 当电容器充完电后与电源保持连接，其极板上的电压不会随电容C的变化而变化。（ ） 29. 电容器中只要有电荷就会有充放电电流。（ ） 30. 电容器放电时，其两端的电压会逐渐减小到零。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 一平行板电容器每个极板都是半径为2cm的圆形金属板，两极板正对，两极板间的距离为4cm，且两极板间用相对介电常数为6的陶瓷作电介质，则电容器的电容为多少？若该电容器的击穿电压为50V，则电容器刚好被击穿时，带电量为多少？ 32. 有一电容元件，其端电压u的波形如图所示。若电流与电压u的参考方向一致，试计算流过电容的电流，写出计算过程并画出波形，标注电压幅值。 33. 简述什么是隔直电容？ 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某变频器直流母线额定电压为400 V，维修人员选用4只电容量均为100 μF、额定电压均为250 V的电解电容器组成滤波电容组。设计方案为：先将每两只电容器串联组成一条支路，再将两条相同支路并联接入直流母线。忽略漏电流差异及电容器自身损耗，回答下列问题：（1）计算该电容组的等效电容量及母线电压为400 V时储存的电场能。（2）计算理想情况下每只电容器承受的电压，并判断该连接方案是否满足额定电压要求；若改为4只电容器并联，能否直接接入400 V母线？（3）说明实际串联使用电解电容器时设置均压电阻的作用，并提出一项断电后的安全措施。 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 $ 湖南省（对口招生）电子电工类 《电工技术基础与技能》（高教版·第3版） 电容——电容器、串并联与充放电 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. 超级电容器相对于传统电容器来说，具有哪个特点？（ ） A. 电容量更小 B. 存储密度更低 C. 充放电速度更快 D. 寿命更短 【答案】C 【解析】超级电容器相对于传统电容器具有充放电速度更快的特点。 2. 两个电容器的电容量分别为6 μF和3 μF，将它们串联接入直流电路后，其等效电容量为（ ） A. 1 μF B. 9 μF C. 3 μF D. 2 μF 【答案】D 【解析】串联电容器的倒数等于各电容量倒数之和，即二者的等效电容量为6 μF与3 μF乘积除以二者之和，结果为2 μF。串联后的等效电容量小于其中任一电容器的电容量。 3. 电路如图所示，两个完全相同的电容器串联后，接到直流电源上，待电路稳定后在 C2中插入云母介质，下面结果正确的是（ ） A. U1=U2，Q1=Q2 B. U1>U2，Q1=Q2 C. U1<U2，Q1>Q2 D. Ul=U2，Q1<Q2 【答案】B 【解析】电容器串联时,每个电容器上带有相等的电荷,即Q1=Q2，C2插入云母介质，则C1<C2，根据Q=CU，可得U1>U2。故选B。 4. 电容器通过电阻接入恒定直流电源进行充电时，电路中充电电流和电容器两端电压的变化规律是（ ） A. 电流逐渐增大，电压逐渐减小 B. 电流逐渐减小，电压逐渐减小 C. 电流保持不变，电压保持不变 D. 电流逐渐减小，电压逐渐增大 【答案】D 【解析】电容器刚接入直流电源时电压较低，充电电流较大；随着电荷积累，电容器两端电压逐渐升高，充电电流逐渐减小，稳定后电流趋近于零。 5. 不属于电容器的电容单位是（ ） A. 法 B. 微法 C. 亨 D. 皮法 【答案】C 【解析】法、微法和皮法都是电容的单位，亨是电感的单位，不是电容的单位。因此选C。 6. 以下哪个因素会影响电容器的电容值？（ ） A. 温度 B. 颜色 C. 形状 D. 声音 【答案】A 【解析】温度变化会影响电容器的电容值。 7. 如图所示，平行板电容器两极板间电压恒定，带电的油滴在两极板间静止，若将板间距离增大一些，则油滴将（ ） A. 向上运动 B. 向下运动 C. 向左运动 D. 向右运动 【答案】B 8. 选用电容器时，若工作环境温度较高，应选择_____电容器。（ ） A. 温度系数小的 B. 温度系数大的 C. 容量大的 D. 容量小的 【答案】A 【解析】温度系数小的电容器在高温环境下性能更稳定。故选A。 9. 电容器上标有“223”，其电容值为（ ） A. 223pF B. 22000pF C. 22nF D. 0.022μF 【答案】C 【解析】223 表示22×103pF= 22nF。故选C。 10. 如图所示，每个电容器的电容都是6μF，额定工作电压都是50V，那么整个电容器组的等效电容和额定工作电压分别是（ ） A. 4μF、50V B. 2μF、50V C. 2μF、100V D. 4μF、100V 【答案】D 【解析】两电容并联后的等效电容C并=C+C=2C=12μF，C并再与外电容C串联后等效电容 ，由于外部串联的电容以及并联部分的电容额定电压均为100V，由串联关系知等效电容的额定工作电压为100V，故选B。 11. 、耐压200V和、耐压400V的两个电容器串联后的耐压是（ ） A. 400V B. 200V C. 300V D. 600V 【答案】C 【解析】串联电容器所带电荷量相等。设串联电路中的电荷量为Q，则较小电容器C1两端的电压较大，有U1:U2=C2:C1=0.5:0.25=2:1。若总电压为300V，则U1=200V、U2=100V，C1首先达到其耐压200V；继续升高总电压会使C1过压。因此两个电容器串联后的最大耐压为200V+100V=300V，选C。 12. 两个相同的电容器串联之后的等效电容，跟它们并联之后的等效电容之比为（ ） A. 1:4 B. 2:1 C. 1:2 D. 4:1 【答案】A 【解析】两个相同的电容器并联之后的等效电容C并=C+C=2C，串联之后的等效电容 ，故两个相同的电容器并联之后的等效电容跟他们串联之后的等效电容之比为1：4，故选A。 13. 串联电容器的等效电容为（ ）。 A. 各电容器电容之和 B. 电容之间的倒数之和 C. 电容之间的平方和 D. 电容之间的乘积再除以电容之和 【答案】D 【解析】串联电容器的等效电容为各电容器电容之间的乘积再除以电容之和。 14. 如图所示，两个完全相同的电容器串联接到直流稳压电源上，在中插入云母介质，下列结果正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】由电容的定义式，可知与串联，电量相等，即C与U成正比，故U与Q都相等。 15. 两个相同的电容器并联后，总电容是串联时的（ ） A. 1/4倍 B. 1/2倍 C. 2倍 D. 4倍 【答案】D 【解析】设每个电容为C，并联总电容C并=C+C=2C；串联总电容C串=C×C/(C+C)=C/2；则C并/C串=4，故D正确。 16. 有两个电容器，电容分别为10μF和20μF，它们的额定电压分别为25V和20V，现将它们并联后接在15V的直流电路上，则它们储存的电荷量分别是（ ） A. 1.5×1C，4×1C B. 1.5×1C，3×1C C. 2×1C，3×1C D. 1.5×1C，2×1C 【答案】B 【解析】两个电容两端的电容均为10V，由Q=CU，10uF电容上储存的电荷量Q1=C1U=1.5×10-4C，20uF电容上储存的电荷量Q2=C2U=3×10-4C，故选B。 17. 电路如图所示，当C1<C2<C3时，它们两端的电压的关系为（ ） A. U1=U2=U3 B. U1>U2>U3 C. U1<U2<U3 D. 不能确定 【答案】B 【解析】电容器串联时,每个电容器上带有相等的电荷,即Q1=Q2=Q3,由C=Q/U可得U=Q/C,又G1<C2<C3,可得 U1>U2>U3,故选B。 18. 电路中含有一个电阻和一个电容器，电阻突然被一个等值电阻替换，对电容器充电过程有何影响（ ） A. 充电时间不变 B. 充电速度加快 C. 充电速度减慢 D. 电容器立即放电 【答案】A 【解析】时间常数τ=RC，由于电阻被等值电阻替换，R值不变，电容器的充电时间常数τ也不变，因此充电过程的速度保持不变。 19. 当一个电容器充电时，充电电流与时间的关系可以用以下哪种曲线描述？（ ） A. 直线上升曲线 B. 直线下降曲线 C. 指数增长曲线 D. 指数衰减曲线 【答案】D 【解析】充电电流随着时间呈指数衰减，因为随着电容器电压接近电源电压，电流逐渐减小。 20. 如果一个电容器的电容减小，充电所需的时间会：（ ） A. 增加 B. 保持不变 C. 减少 D. 变得不确定 【答案】C 【解析】电容减小意味着电容器可以更快地储存电荷，因此充电所需的时间会减少。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 电容具有通交流、隔直流的特性。（ ） 【答案】正确 【解析】直流无法使电容持续充放电（隔直流），交流可使电容反复充放电（通交流），故正确。 22. 当电容两端加恒定电压时，电容元件可视作短路。 【答案】错误 【解析】电容电流满足i=C。当电容两端加恒定电压时，电压不随时间变化，稳态下，电流为零，电容相当于开路，而不是短路。因此题干说法错误。 23. 可变电容器是指其耐压值可以变化的电容器。（ ） 【答案】错误 【解析】可变电容器是指其电容可调节的电容器，故错误。 24. 电容器并联时，每个电容器上的电荷量相等。（ ） 【答案】错误 【解析】电容器并联时，各电容器两端的电压相等，但每个电容器的电荷量满足Qi=。只有在各电容器的电容量相等时，电荷量才相等；一般情况下电荷量不一定相等。因此题干说法错误。 25. 图为RC电路的充电时，和i的时间变化曲线（ ） 【答案】正确 26. 电容器并联时，各个电容器上分配到的电压相等。（ ） 【答案】正确 【解析】并联电路，电压相等。 27. 电容器充电时，电流逐渐增大，电压也逐渐增大。（ ） 【答案】错误 【解析】电容器充电时，电流逐渐减小，电压逐渐增大。故表述错误。 28. 当电容器充完电后与电源保持连接，其极板上的电压不会随电容C的变化而变化。（ ） 【答案】正确 【解析】电容器充满电后仍与理想恒压电源保持连接时，电容器两端电压等于电源电压。改变电容C只会改变电荷量Q=CU，不会改变电压U。因此在电源电压恒定的条件下，极板上的电压不会随电容C的变化而变化，题干说法正确。 29. 电容器中只要有电荷就会有充放电电流。（ ） 【答案】错误 【解析】这种说法是错误的。 只有当电容器两端的电压发生变化，导致电容器进行充电或放电时，电路中才会有充放电电流。 30. 电容器放电时，其两端的电压会逐渐减小到零。（ ） 【答案】正确 【解析】电容器放电时，其两端的电压会逐渐减小到零。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 一平行板电容器每个极板都是半径为2cm的圆形金属板，两极板正对，两极板间的距离为4cm，且两极板间用相对介电常数为6的陶瓷作电介质，则电容器的电容为多少？若该电容器的击穿电压为50V，则电容器刚好被击穿时，带电量为多少？ 【答案】解：补充取陶瓷的相对介电常数为。极板半径，极板间距，极板面积为 S=。由平行板电容器电容决定式得 C= 。电容器刚好被击穿时，两极板间电压为击穿电压U=50V，因此带电量为 Q=CU=1.。答：在时，电容器的电容约为1.7pF，刚好被击穿时的带电量为8.。 【解析】平行板电容器的电容量由C=确定，其中S为极板正对面积，d为极板间距。圆形极板半径为2cm，所以S=。在补充条件、下，。刚好击穿时，电容器两端电压等于击穿电压50V，由Q=CU得Q=1.。 32. 有一电容元件，其端电压u的波形如图所示。若电流与电压u的参考方向一致，试计算流过电容的电流，写出计算过程并画出波形，标注电压幅值。 【答案】在0~2ms时，； 在2~4ms时，； 在4~6ms时，； 在6~10ms时，； 在10~12ms时，； 在12~14ms时，； 在14~16ms时，。 波形图如图所示。 33. 简述什么是隔直电容？ 【答案】使交流成分通过，而阻碍直流成分通过，做这种用途的电容器称为隔直电容。 【解析】电容器具有“隔直通交”的特性：在稳定直流电路中，电容器充电完成后电流趋近于零，能够阻碍直流成分；对于随时间变化的交流信号，电容器能够通过交流成分。因此，用于使交流成分通过而阻碍直流成分通过的电容器称为隔直电容。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 某变频器直流母线额定电压为400 V，维修人员选用4只电容量均为100 μF、额定电压均为250 V的电解电容器组成滤波电容组。设计方案为：先将每两只电容器串联组成一条支路，再将两条相同支路并联接入直流母线。忽略漏电流差异及电容器自身损耗，回答下列问题：（1）计算该电容组的等效电容量及母线电压为400 V时储存的电场能。（2）计算理想情况下每只电容器承受的电压，并判断该连接方案是否满足额定电压要求；若改为4只电容器并联，能否直接接入400 V母线？（3）说明实际串联使用电解电容器时设置均压电阻的作用，并提出一项断电后的安全措施。 【答案】（1）每条串联支路的等效电容量为。两条支路并联后的等效电容量为。储存的电场能为。（2）理想情况下每只串联电容器承受的电压为，小于额定电压250 V，因此该串联方案满足额定电压要求。若4只电容器并联，每只电容器均承受400 V，超过额定电压，不能直接接入。（3）均压电阻可使串联电容器合理分配电压，减小因漏电流差异造成的过电压。断电后应使用合适的放电电阻对电容器组放电，确认端电压降低后再检修。 【解析】（1）串联电容 reciprocal 相加，两个相同电容串联后为50 μF，两支路并联得100 μF；再代入电场能公式计算得8 J。（2）相同电容串联时理想分压相等，并联时每只承受母线全电压。（3）均压电阻用于限制电压偏差，放电电阻用于消除断电后的残余电荷。 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 $