第21卷 瞬态过程（A卷） 山东省（春季高考）《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 单元过关卷

山东省（春季高考）机电技术类 《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 瞬态过程（A卷） 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. 下列表达式错误的是（ ） A. B. C. D. 2. 下列关于换路定律的有关描述，错误的是（ ） A. 换路时，电感中的电流不发生突变 B. 换路时，电容中的电流不发生突变 C. 换路定律对于某些理想化的电路是不成立的 D. 利用换路定律可以确定发生过渡过程的初始值 3. 在如图所示的电路中，，，。当时开关断开，换路前电路已处于稳态，求换路瞬间的电容电流为（ ） A. B. C. D. 4. 下列物理量中，换路时不能跃变的量是（ ） A. 电容电流 B. 电感电压 C. 电阻电压 D. 电容储能 5. 只要电路中发生________，电路必定产生瞬态过程。（ ） A. 开关动作 B. 动态元件储能变化 C. 电路结构变化 D. 电源电压变化 6. 开关在电路中的作用主要体现在哪个方面（ ） A. 改变电阻值 B. 控制电路的电流路径 C. 增加电路的电容 D. 降低电路的电感 7. 在图所示电路中，已知，，，求换路后该电路的时间常数为（ ） A. B. C. D. 8. 在一个RC电路中，电容器已经充电到其最终值。如果电容器突然断开，系统中的电压会发生什么变化（ ） A. 电压会立即降低 B. 电压会立即升高 C. 电压不会改变 D. 电压会先升高后降低 9. 在一个RC电路中，当电容器放电时，电阻器两端的电压（ ） A. 增加 B. 减少 C. 保持不变 D. 波动 10. 在如图所示的电路中，是两个额定电压均为6V的灯泡，变压器的匝数比为1:1，其内阻可忽略不计。当开关S闭合时，会出现的现象是（ ） A. 亮，不亮 B. 不亮，亮 C. 立刻变亮，闪亮后逐渐熄灭 D. 逐渐变亮，闪亮后逐渐熄灭 11. 对于一个RC电路的充电过程，下列描述正确的是：（ ） A. 电压和电流都会呈指数衰减 B. 电压会指数增加，而电流指数衰减 C. 电压和电流都会指数增加 D. 电压和电流都会指数衰减 12. 原来不带电荷的电容C与电阻R串联后，与直流电压U接通瞬间（ ） A. 电容器两端的电压，充电电流 B. 电容器两端的电压，充电电流 C. 电容器两端的电压，充电电流 D. 电容器两端的电压，充电电流 13. 对于一个RC电路中的充电过程，以下哪个描述是正确的？（ ） A. 充电电流随时间指数增加 B. 充电电流随时间指数衰减 C. 充电电流是常数 D. 充电电流先指数增加后指数衰减 14. 如图所示电路中，A、B两灯泡相同，通电后亮度一样，在开关S断开瞬间，两灯的表现是（ ） A. A灯先灭，B灯后灭 B. B灯先灭，A灯后灭 C. A、B两灯立即同时灭 D. A、B两灯稍后同时灭 15. 在一个 RC 电路中，如果电容器的初始电压为 12V，电阻值为 6Ω，电容值为 0.5F，那么电容器放电到 6V 所需的时间约为（ ） A. 0.5秒 B. 1秒 C. 2秒 D. 4秒 16. 一个RC电路中，电容器充电的时间常数（τ）是由哪些因素决定的？（ ） A. 由电容器的电压以及初始状态决定 B. 由电容器的电流以及初始状态决定 C. 由电容器的电容量以及电阻值决定 D. 由电容器的电感以及初始状态决定 17. 如图所示，A、B是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大的线圈，其直流电阻小于灯泡电阻。闭合开关S，电路稳定时，B灯恰能正常发光，则（ ） A. 开关S闭合的瞬间，A比B先发光，随后B灯变亮 B. 闭合开关S，电路稳定时，A灯熄灭 C. 断开开关S的瞬间，A灯灯丝不可能被烧断 D. 断开开关S的瞬间，B灯不会立即熄灭 18. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为6V，电路中的电流为2A，电容器的电容量为3F，那么电容器充电到12V所需的时间是多少（ ） A. 1秒 B. 2秒 C. 3秒 D. 4秒 19. 在一个 RL 电路中，当电路刚刚接通时，电感器中的电压变化关系是什么（ ） A. 瞬间增加到最大值 B. 逐渐增加至最大值 C. 保持不变 D. 逐渐减小至零 20. 在一个 RL 电路中，当电路刚刚接通时，电感器中的电流变化关系是什么（ ） A. 瞬间增加到最大值 B. 逐渐增加至最大值 C. 保持不变 D. 逐渐减小至零 二、简答题（本大题共8小题，每题3分，共24分） 21. 简述电压、电流初始值的计算步骤。 22. 简述换路定律的内容。 23. 在如图所示电路中，已知，，，。开关S在“1”位置时，电路已处于稳态，现将开关S由“1”位置扳到“2”位置。求S由“1”扳到“2”的瞬间，电容C两端的电压、电阻两端的电压及电路中的电流。 24. 名词解释： 过渡过程 25. 简要解释RC电路中的瞬态过程是什么，并说明充电和放电过程中电容器电压的变化情况。 26. 在如图所示的电路中，已知E=12V，，，开关S闭合前，电容器两端的电压为零。求开关S闭合瞬间，电路中各电流及电容器两端电压的初始值。 27. 一阶 RC 串联电路接入直流电源前，电容器处于未充电状态。合闸后，说明换路定律的含义，并写出电容器电压和电路电流的变化规律。 28. 某 RL 串联电路接入 直流电源，电阻 ，电感 ，合闸前电感电流为零。简述合闸后的瞬态过程，并计算时间常数和 时的电流。 三、计算题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 29. 电容器在换路前通过充电电路充分充电，电容器两端电压为。时断开充电支路，同时接通电阻，电容器经该电阻放电。设电流参考方向为电容器正极经电阻流向负极，求：（1）换路瞬间电容器两端电压和放电电流；（2）电路的时间常数；（3）换路后时的电容器电压和放电电流；（4）电路达到稳态时的电容器电压和放电电流。 30. 某直流继电器线圈可等效为电阻 和电感 串联。换路前开关断开，线圈中无电流； 时将其接入 直流电源。求：（1）换路瞬间线圈电流 ；（2）电路的时间常数 和稳态电流 ；（3）换路后 时的线圈电流 ；（4） 时电阻两端电压 和电感两端电压 。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题6分，共6分） 31. 某自动化生产线的电磁夹具采用“RC延时电路＋RL继电器线圈”控制。控制电源为24 V。合上开关瞬间，RC电路中的电容器初始未充电；RC串联电路中，电阻 为 ，电容 为 ，继电器在电容器电压达到15 V时吸合。继电器吸合后，24 V电源接通RL串联电路，线圈电阻 为 ，电感 为 ，线圈初始电流为零。（1）计算继电器从合闸到吸合所需的延时时间，并写出合闸瞬间电容器电压及稳定后的电容器电压。（2）继电器吸合后经过10 ms，计算线圈电流，并判断该电流是否达到稳态电流的90%。（3）若要求线圈电流达到稳态电流的90%后，控制器才允许夹具动作，计算线圈至少需要通电多长时间，并说明控制程序应如何设置延时。 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 $ 山东省（春季高考）机电技术类 《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 瞬态过程（A卷） 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. 下列表达式错误的是（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】电容器储存的电场能量为，电感储存的磁场能量为。换路时，电容器两端电压不能突变，即；电感中的电流不能突变，而电感两端电压可以发生突变，因此一般不成立。故错误的是D。 2. 下列关于换路定律的有关描述，错误的是（ ） A. 换路时，电感中的电流不发生突变 B. 换路时，电容中的电流不发生突变 C. 换路定律对于某些理想化的电路是不成立的 D. 利用换路定律可以确定发生过渡过程的初始值 【答案】B 【解析】换路时，电感中的电流不能发生突变，电容器两端的电压不能发生突变。对于含有理想电压源与电容串联、理想电流源与电感串联等特殊理想化电路，换路定律可能不成立。利用换路定律可以确定过渡过程的初始值。因此，错误的是B。 3. 在如图所示的电路中，，，。当时开关断开，换路前电路已处于稳态，求换路瞬间的电容电流为（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】根据换路定律可知，换路时，电容元件上的电压不会发生跃变，则开关断开瞬间， ，可得，故D正确。 4. 下列物理量中，换路时不能跃变的量是（ ） A. 电容电流 B. 电感电压 C. 电阻电压 D. 电容储能 【答案】D 【解析】换路时，电容元件两端的电压、电场能和电感元件中的电流、磁场能不能跃变，而电阻两端的电压与电流、电容元件中的电流和电感元件两端的电压都可以跃变。故D符合题意。 5. 只要电路中发生________，电路必定产生瞬态过程。（ ） A. 开关动作 B. 动态元件储能变化 C. 电路结构变化 D. 电源电压变化 【答案】B 【解析】电路中产生瞬态过程的内因是动态元件储能发生变化，故B正确。 6. 开关在电路中的作用主要体现在哪个方面（ ） A. 改变电阻值 B. 控制电路的电流路径 C. 增加电路的电容 D. 降低电路的电感 【答案】B 【解析】开关主要用于控制电路中的电流路径，通过开启或关闭来改变电路的状态和行为。 7. 在图所示电路中，已知，，，求换路后该电路的时间常数为（ ） A. B. C. D. 【答案】A 8. 在一个RC电路中，电容器已经充电到其最终值。如果电容器突然断开，系统中的电压会发生什么变化（ ） A. 电压会立即降低 B. 电压会立即升高 C. 电压不会改变 D. 电压会先升高后降低 【答案】A 【解析】电压会立即降低。根据换路定律，当电容器断开时，系统的等效电阻变为无穷大，导致电压立即降低。 9. 在一个RC电路中，当电容器放电时，电阻器两端的电压（ ） A. 增加 B. 减少 C. 保持不变 D. 波动 【答案】B 【解析】电容器放电时，电阻器两端的电压随着时间的推移逐渐减小。 10. 在如图所示的电路中，是两个额定电压均为6V的灯泡，变压器的匝数比为1:1，其内阻可忽略不计。当开关S闭合时，会出现的现象是（ ） A. 亮，不亮 B. 不亮，亮 C. 立刻变亮，闪亮后逐渐熄灭 D. 逐渐变亮，闪亮后逐渐熄灭 【答案】D 11. 对于一个RC电路的充电过程，下列描述正确的是：（ ） A. 电压和电流都会呈指数衰减 B. 电压会指数增加，而电流指数衰减 C. 电压和电流都会指数增加 D. 电压和电流都会指数衰减 【答案】B 【解析】在RC电路的充电过程中，电压会指数增加，而电流会指数衰减。 12. 原来不带电荷的电容C与电阻R串联后，与直流电压U接通瞬间（ ） A. 电容器两端的电压，充电电流 B. 电容器两端的电压，充电电流 C. 电容器两端的电压，充电电流 D. 电容器两端的电压，充电电流 【答案】A 【解析】电容器原来不带电，接通直流电源的瞬间，电容器两端电压不能突变，因此。此时电容器相当于短路，电路中的充电电流为。故选D。 13. 对于一个RC电路中的充电过程，以下哪个描述是正确的？（ ） A. 充电电流随时间指数增加 B. 充电电流随时间指数衰减 C. 充电电流是常数 D. 充电电流先指数增加后指数衰减 【答案】D 【解析】在RC电路的充电过程中，充电电流先指数增加后指数衰减。 14. 如图所示电路中，A、B两灯泡相同，通电后亮度一样，在开关S断开瞬间，两灯的表现是（ ） A. A灯先灭，B灯后灭 B. B灯先灭，A灯后灭 C. A、B两灯立即同时灭 D. A、B两灯稍后同时灭 【答案】D 15. 在一个 RC 电路中，如果电容器的初始电压为 12V，电阻值为 6Ω，电容值为 0.5F，那么电容器放电到 6V 所需的时间约为（ ） A. 0.5秒 B. 1秒 C. 2秒 D. 4秒 【答案】C 【解析】电容器放电规律为。已知，目标电压为，且，所以，解得，约为。故选C。 16. 一个RC电路中，电容器充电的时间常数（τ）是由哪些因素决定的？（ ） A. 由电容器的电压以及初始状态决定 B. 由电容器的电流以及初始状态决定 C. 由电容器的电容量以及电阻值决定 D. 由电容器的电感以及初始状态决定 【答案】C 【解析】电容器充电的时间常数（τ）由电容器的电容量和电阻值决定。 17. 如图所示，A、B是完全相同的两个小灯泡，L为自感系数很大的线圈，其直流电阻小于灯泡电阻。闭合开关S，电路稳定时，B灯恰能正常发光，则（ ） A. 开关S闭合的瞬间，A比B先发光，随后B灯变亮 B. 闭合开关S，电路稳定时，A灯熄灭 C. 断开开关S的瞬间，A灯灯丝不可能被烧断 D. 断开开关S的瞬间，B灯不会立即熄灭 【答案】C 【解析】A选项开关s闭合瞬间，A和B同时发光，故A错误；B选项电路稳定后L的电感不再起作用，起作用的只是它的直流电阻，因A、B灯相同，B此时正常发光，那么说明灯的额定电流由并联的A和L的直流电阻分配、L的直流电阻小于灯泡电阻，那么A支路的电流会小于其额定电流的，也就是说其亮度会低于，不是一定熄灭，故B错误；C选项断开开关S的瞬间，由电感的特性可知:L和A组成的回路中的电流会维持不变，其数值就是S断开前L支路中的电流，即大于 B灯的额定电流，因B灯恰能正常发光，所以该电流绝不会大于其额定值，因此不可能烧断灯丝，故C正确； D选项断开开关S的瞬间，B灯立即熄灭，故D错误。故选C。 18. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为6V，电路中的电流为2A，电容器的电容量为3F，那么电容器充电到12V所需的时间是多少（ ） A. 1秒 B. 2秒 C. 3秒 D. 4秒 【答案】C 【解析】根据电容器充电公式，时间常数 τ = R * C，而充电到12V所需的时间为约3个时间常数。 19. 在一个 RL 电路中，当电路刚刚接通时，电感器中的电压变化关系是什么（ ） A. 瞬间增加到最大值 B. 逐渐增加至最大值 C. 保持不变 D. 逐渐减小至零 【答案】B 【解析】在一个 RL 电路中，当电路刚刚接通时，电感器中的电压会逐渐增加至最大值，因为电感器中的磁场需要时间建立，所以选项B 正确 20. 在一个 RL 电路中，当电路刚刚接通时，电感器中的电流变化关系是什么（ ） A. 瞬间增加到最大值 B. 逐渐增加至最大值 C. 保持不变 D. 逐渐减小至零 【答案】B 【解析】在一个 RL 电路中，当电路刚刚接通时，电感器中的电流会逐渐增加至最大值，因为电感器需要时间建立磁场，所以选项B 正确 二、简答题（本大题共8小题，每题3分，共24分） 21. 简述电压、电流初始值的计算步骤。 【答案】（1）根据换路前的电路求出换路前瞬间，即t=0–时的uC(0–)和iL(0–)值 （2）根据换路定律求出换路后瞬间，即t=0+时的uC(0+)和iL(0+)值； （3）根据基尔霍夫定律求电路其他电压和电流在t=0+时的值(把uC(0+)等效为电压源，iL(0+)等效为电流源)。 22. 简述换路定律的内容。 【答案】设t=0为换路瞬间，则以t=0-表示换路前一瞬间，t=0+表示换路后一瞬间，换路的时间间隔为零。从t=0-到t=0+瞬间，电容元件上的电压和电感元件中的电流不能跃变，这称为换路定律。 用公式表示为， 23. 在如图所示电路中，已知，，，。开关S在“1”位置时，电路已处于稳态，现将开关S由“1”位置扳到“2”位置。求S由“1”扳到“2”的瞬间，电容C两端的电压、电阻两端的电压及电路中的电流。 【答案】，， 【解析】开关S在“1”位置时，， 即。 根据换路定律，开关S由“1”扳到“2”的瞬间，电容C两端的电压 ， 因此，时电路中的电流 ， 电阻两端的电压 。 【点评】 求解本题的关键是要熟练掌握换路定律。对于电容来说，换路前后，电容两端的电压不能发生突变，即。 24. 名词解释： 过渡过程 【答案】事物的运动和变化,从一种稳态转换到另一种新的稳态,是不可能发生突变的,需要经历一定的过程(需要一定的时间),这个物理过程就称为瞬态过程,也称为过渡过程。 25. 简要解释RC电路中的瞬态过程是什么，并说明充电和放电过程中电容器电压的变化情况。 【答案】RC电路中的瞬态过程是指在电路中出现突然变化时，电容器电压和电流随时间变化的过程。在充电过程中，电容器的电压逐渐增加，按指数方式接近最终充电量。而在放电过程中，电容器的电压逐渐减小，同样以指数方式接近零。这一过程的快慢取决于电路中的电阻和电容值，充电时间常数τ是评估充电速度的关键指标。 26. 在如图所示的电路中，已知E=12V，，，开关S闭合前，电容器两端的电压为零。求开关S闭合瞬间，电路中各电流及电容器两端电压的初始值。 【答案】，，，， 【解析】根据题意可知，在上时，电路为前一稳态，而直流稳态电路中，电容元件可视为开路。所以由换路定律可 得， ， ， ， 。 27. 一阶 RC 串联电路接入直流电源前，电容器处于未充电状态。合闸后，说明换路定律的含义，并写出电容器电压和电路电流的变化规律。 【答案】（1）换路定律指出，电容器电压不能突变，换路瞬间有 ；电感电流不能突变，换路瞬间有 。（2）电容器未充电时，，合闸瞬间电流最大，。（3）充电过程中，电容器电压逐渐增大，电路电流逐渐减小，最终有 、。（4）电容器电压和电流分别为 、。 【解析】（1）电容器储存的电场能量不能瞬间改变，因此电压连续；电感中的磁场能量不能瞬间改变，因此电流连续。（2）RC 充电过程由初始状态逐渐过渡到稳态，时间常数为 。 28. 某 RL 串联电路接入 直流电源，电阻 ，电感 ，合闸前电感电流为零。简述合闸后的瞬态过程，并计算时间常数和 时的电流。 【答案】（1）合闸瞬间电感电流不能突变，因此 ，电阻两端电压为零，电感两端电压为 。（2）时间常数为 。（3）稳态电流为 。（4） 时，\[i(t)=I_\infty(1-e-t/τ)=4(1-e-0.10/0.05)=4(1-e-2)\approx3.46 A\]。（5）随着时间增加，电感电流逐渐增大并趋近于 ，电感两端电压逐渐减小并趋近于零。 【解析】合闸前电感电流为零，且电感电流不能突变，因此 iL(0^+)=iL(0^-)=0。由 KVL，合闸瞬间电阻电压 uR(0^+)=Ri(0^+)=0，故电感两端电压 uL(0^+)=24 V。RL串联电路的时间常数为 。稳态时电感相当于短路，稳态电流为 。电流响应为 ，因此在 时，。随着时间增加，电流逐渐趋近于4 A，电感两端电压逐渐趋近于0 V。 三、计算题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 29. 电容器在换路前通过充电电路充分充电，电容器两端电压为。时断开充电支路，同时接通电阻，电容器经该电阻放电。设电流参考方向为电容器正极经电阻流向负极，求：（1）换路瞬间电容器两端电压和放电电流；（2）电路的时间常数；（3）换路后时的电容器电压和放电电流；（4）电路达到稳态时的电容器电压和放电电流。 【答案】（1），。（2）。（3），。（4），。 【解析】电容器电压不能突变，因此 。按题目规定的电流参考方向，换路瞬间放电电流为 。RC放电电路的时间常数为 。放电过程中，，且 。当 时，，。当 时，电容器完全放电，故 ，。 30. 某直流继电器线圈可等效为电阻 和电感 串联。换路前开关断开，线圈中无电流； 时将其接入 直流电源。求：（1）换路瞬间线圈电流 ；（2）电路的时间常数 和稳态电流 ；（3）换路后 时的线圈电流 ；（4） 时电阻两端电压 和电感两端电压 。 【答案】（1）。（2），。（3） 。（4），。 【解析】换路前线圈中无电流，电感电流不能突变，因此 。RL串联电路的时间常数为 ，稳态电流为 。通电后的电流响应为 。当 时，，所以 。电阻两端电压为 。根据基尔霍夫电压定律，，故 。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题6分，共6分） 31. 某自动化生产线的电磁夹具采用“RC延时电路＋RL继电器线圈”控制。控制电源为24 V。合上开关瞬间，RC电路中的电容器初始未充电；RC串联电路中，电阻 为 ，电容 为 ，继电器在电容器电压达到15 V时吸合。继电器吸合后，24 V电源接通RL串联电路，线圈电阻 为 ，电感 为 ，线圈初始电流为零。（1）计算继电器从合闸到吸合所需的延时时间，并写出合闸瞬间电容器电压及稳定后的电容器电压。（2）继电器吸合后经过10 ms，计算线圈电流，并判断该电流是否达到稳态电流的90%。（3）若要求线圈电流达到稳态电流的90%后，控制器才允许夹具动作，计算线圈至少需要通电多长时间，并说明控制程序应如何设置延时。 【答案】（1）RC电路时间常数为。根据 ，有，得 ，所以。合闸瞬间 ，稳定后 。（2）RL电路时间常数为，稳态电流为。10 ms时线圈电流为 。稳态电流的90%为 ，因此尚未达到要求。（3）达到稳态电流90%时，，得，所以。控制程序应在继电器吸合后至少延时11.5 ms，再允许夹具动作。 【解析】RC时间常数τ1=4.7 s，按uC=24(1−e^(−t/τ1))，达到15 V需t=−4.7ln(0.375)≈4.61 s；uC(0+)=0，稳定值为24 V。RL时间常数τ2=L/ ms，稳态电流0.5 A，10 ms时i=0.5(1−e^−2)≈0.432 A，小于90%即0.45 A。达到90%需t=−5ln0.1≈11.5 ms，程序应在吸合后延时至少11.5 ms再动作。 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 $