第22卷 瞬态过程（B卷） 内蒙古自治区（职教高考）《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 单元过关卷

内蒙古自治区（职教高考）机电类 《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 瞬态过程（B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15小题，每题3分，共45分） 1. 电路开关从闭合状态突然断开，以下哪个描述是正确的（ ） A. None B. None C. 电路状态不会立即改变 D. None 【答案】C 【解析】根据换路定律，电路中电流和电压不能瞬间改变，特别是在含有电感的电路中。这题中虽然没有明确电感，但电路开关的突然断开通常引起电压和电流的连续性保持。 2. 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。 3. 电路如图所示，若开关闭合前，电路处于稳态，则开关闭合后，电流i的初始值为（ ） A. 0 B. 1mA C. 2 mA D. 3mA 【答案】A 4. 换路定律主要用于分析哪种电路参数的变化（ ） A. 电阻 B. 电感 C. 电容 D. 开关 【答案】D 【解析】换路定律用于分析开关操作引起的电路行为，特别是开关在不同位置时电路参数如电压和电流的连续性。 5. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为12V，电路中的电流为3A，电阻值为4Ω，那么电容器的电容量是多少（ ） A. 2F B. 3F C. 4F D. 6F 【答案】C 【解析】根据欧姆定律和电容器的充电公式，电容量可通过 C = Q / V 计算得出，其中 Q = I * t 为电容器的充电量。 6. 如图所示电路，当时将开关打开，则电容两端电压的初始值为（ ） A. B. C. 0 D. 【答案】A 7. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为12V，电路中的电流为3A，电阻值为4Ω，那么电容器放电到6V所需的时间是多少（ ） A. 0.5秒 B. 1秒 C. 2秒 D. 4秒 【答案】B 【解析】根据电容器放电公式，时间常数 τ = R * C，而放电到6V所需的时间为约1个时间常数。 8. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为8V，电路中的电流为2A，电容器的电容量为4F，那么电容器放电到4V所需的时间是多少（ ） A. 0.5秒 B. 1秒 C. 5秒 D. 11.1秒 【答案】D 【解析】R=8/2=4Ω，t=4×4×ln2≈11.1s 9. 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 10. 在一个RC电路中，如果电容的值增加，电容放电到达稳定状态所需的时间会如何（ ） A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 取决于电阻的值 【答案】A 【解析】增加电容的值会增加放电时间常数，因此放电到达稳定状态所需的时间会增加。 11. 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。 12. 如图所示的电路，电灯A、B相同，电感线圈内阻不计，则下列说法正确的是（ ） A. 开关S闭合，电灯A逐渐变亮，电灯B立即亮 B. 开关S闭合，电灯A立即亮，逐渐变暗，最后熄灭，电灯B立即亮 C. 开关S闭合，电灯A立即亮，逐渐变暗，最后熄灭，电灯B逐渐变亮 D. 开关S断开，电灯A、B同时熄灭 【答案】C 【解析】开关S闭合，电源的电压同时加在两灯上，两灯同时亮，且亮度相同；随着电感线圈中的电流增大，由于线圈内阻不计，分流作用增大，电灯A逐渐变暗直到熄灭；外电路总电阻减小，总电流增大，电灯B逐渐变亮，故C正确，A、B错误。开关S断开，电灯B立即熄灭，线圈中电流减小，产生自感电动势，感应电流流过电灯A，电灯A闪亮一下后熄灭，故D错误。 13. 在一个RC电路中，如果电阻的值增加，电容充电到达稳定状态所需的时间会如何（ ） A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 取决于电容的值 【答案】A 【解析】增加电阻的值会增加充电时间常数，因此充电到达稳定状态所需的时间会增加。 14. 在一个 RLC 串联电路中，如果电路的阻尼比为大于1时，系统的响应会怎样（ ） A. 振荡 B. 衰减 C. 收敛到稳定状态 D. 瞬间增加 【答案】B 【解析】当电路的阻尼比大于1时，系统的响应会是衰减的，因为过阻尼的系统会比较快地回到稳定状态，所以选项 B 正确 15. 在一个RL电路中，当开关突然断开后，若电感电流存在续流通路，电感器中的电流会如何变化（ ） A. 瞬间减少到零 B. 逐渐减少至零 C. 保持不变 D. 瞬间增加至最大值 【答案】B 【解析】电感电流不能突变，即iL(0+)=iL(0−)。开关断开后，若存在续流通路，电感释放储存的磁场能量，电流按照RL电路的暂态规律逐渐衰减，最终趋近于零。因此应选B。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 16. 在弹簧振子受到外力扰动后的振动过程中，可以看作是一个瞬态过程。（ ） 【答案】正确 【解析】弹簧振子受到外力扰动后的振动过程属于瞬态过程，因为振动初期系统未达到稳定状态 17. 一阶放电电路，换路后的瞬态过程与有关，越大，瞬态过程越长。（ ） 【答案】正确 【解析】一阶RC放电电路的时间常数为τ=RC。换路后，电容电压按uC(t)=U0衰减。电容和其他条件不变时，R越大，τ越大，电压和电流衰减得越慢，暂态过程的特征持续时间越长。因此该说法正确。严格地说，理想RC放电过程在数学上不会在有限时间内完全结束，通常以若干个时间常数后近似认为放电完成。 18. 只要是含耗能元件的电路，换路时就不会出现瞬态过程。（ ） 【答案】错误 【解析】不管电路中是否含有耗能元件，只要电路中含有储能元件，换路时就会出现瞬态过程。故错误。 19. 电感元件的电压、电流的初始值可由换路定律确定。（ ） 【答案】错误 【解析】换路定律规定，电容电压和电感电流不能突变，其初始值分别由换路前的电容电压和电感电流确定。电感电压和电容电流的初始值不能直接由换路定律确定，因此该说法错误。 20. 瞬态过程是指电路中的变化在很短的时间内完成。（ ） 【答案】正确 【解析】瞬态过程确实是指电路中的变化在很短的时间内完成，通常是从初始状态到稳态状态的临时过程。 21. 瞬态过程就是从一种稳定状态转变到另一种稳定状态的中间过程。（ ） 【答案】正确 【解析】事物的运动和变化，从一种稳定状态转换到另一种新的稳定状态，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，也称过渡过程。故正确。 22. 在RC电路中，电压的初始值等于电源电压。（ ） 【答案】错误 【解析】电容电压具有连续性，换路后的初始值由换路前电容两端的电压决定，即uC(0+)=uC(0−)，不一定等于电源电压。只有在电容器初始未充电并通过电源开始充电的特定情况下，才有uC(0)=0，而电源电压是充电过程的终值。因此题干缺少必要条件，表述不正确。 23. 在一个RC电路中，当电容器开始放电时，放电电流的初始值取决于电源电压。（ ） 【答案】错误 【解析】电容器开始放电时，电流初始值由电容器换路前的初始电压决定，满足i(0+)=uC(0+)/R，而不是由电源电压直接决定。只有在特定电路中电容器先由该电源充电至稳态时，电容器初始电压才可能等于电源电压。因此按通常放电电路的表述，该说法错误。 24. 在一个RC电路中，电容器放电的过程中，其电压会逐渐增加，直到等于初始电压的36．8%。（ ） 【答案】错误 【解析】在RC电路中，电容器放电的过程中，其电压会逐渐减小，直到等于初始电压的36.8%。 25. uC(0–)=uC(0+) =0，电容相当于短路。（ ） 【答案】正确 【解析】根据换路定律，电容电压不能突变，所以。当两者均为0时，电容两端电压为零，在该瞬间可等效为短路，因此该说法正确。 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 26. 动态电路分析中的三要素法只适用于______。 【答案】一阶电路 【解析】动态电路分析中的三要素法只适用于一阶电路。 27. 引起瞬态过程的电路变化称为______。电路中具有电感或电容元件时，在换路后通常有一个______。 【答案】① 换路 ② 瞬态过程 【解析】引起瞬态过程的电路变化称为换路。电路中具有电感或电容元件时，在换路后通常有一个瞬态过程。 28. 如图所示电路，当开关S闭合后，电路的时间常数为______；当开关S断开后，电路的时间常数为______。 【答案】① ② 29. 对于一阶电路，经过约______个时间常数后，瞬态过程基本结束。 【答案】3～5 【解析】一阶电路的响应经过3～5个时间常数后，电路变量已接近新的稳态值，通常可认为瞬态过程基本结束。 30. 在RC串联电路中，与电容C再并联一电容，则电路的时间常数______。 【答案】变大 【解析】在RC串联电路中，与电容C再并联一电容，根据电容并联规律可知电路中的总电容变大，由时间常数可知时间常数变大。 四、简答题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 31. 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。 32. 在如图所示的电路中，在t=0时开关S闭合，S闭合前电路已达稳态。求t≥0时的、和。 【答案】；； 【解析】（1）求初始值、和。 画上时的等效电路，如图（a）所示，则有 ， 画时的等效电路，如图（b）所示。列出各回路电压方程 ， ， 联立解得 ， 。 （2）求稳态值、和。 画时的稳态等效电路，如图（c）所示，则有 ， ， 。 （3）求时间常数。 将电容元件断开，电压源短路，如图（d）所示，求得等效电阻为 ， 时间常数为。 （4）则时、和分别为 ， ， 。 33. 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。 五、综合应用题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 34. 某自动化生产线的延时控制模块采用 RC 串联电路。电源电压为 24 V，串联电阻为 12 kΩ，电容器容量为 100 μF。换路前电容器两端已有 6 V 电压，且电容器上端电势较高；在 时开关闭合，电源通过电阻向电容器充电。（1）求电路的时间常数，并计算电容器电压达到 18 V 所需的时间。（2）开关闭合后经过一个时间常数时，求电容器两端电压和电路中的充电电流。（3）说明开关闭合瞬间电容器电压和充电电流的变化特点，以及经过足够长时间后的稳态情况。 【答案】（1）时间常数为\[τ=RC=12\times103\times100\times10-6=1.2\ s\]电容器充电电压为\[uC=24-(24-6)e-t/τ=24-18e-t/1.2\]当 时，\[18=24-18e-t/1.2\]\[e-t/1.2=\frac{1}{3}, t=1.2\ln3\approx1.32\ s\]（2）当 时，\[uC=24-\frac{18}{e}\approx17.38\ V\]\[i=\frac{24-uC}{12\times103}=\frac{6.62}{12\times103}\approx0.552\ mA\]（3）开关闭合瞬间，电容器电压不能突变，仍为 6 V；充电电流为\[i(0^+)=\frac{24-6}{12\times103}=1.50\ mA\]经过足够长时间后，电容器电压为 24 V，充电电流趋近于 0。 【解析】（1）先由 求时间常数，再将充电方程代入目标电压求时间。（2）利用一个时间常数对应的指数项 求电压，再由欧姆定律求电流。（3）依据换路定律，电容器电压不能突变；直流稳态时电容器相当于开路。 35. 某直流接触器的电磁线圈可等效为 RL 串联电路。线圈电阻为 12 Ω，电感量为 0.60 H，接入 24 V 直流电源前线圈中无电流。开关在 时闭合，线圈开始励磁。规定线圈电流达到稳态电流的 90% 时，接触器才能可靠吸合。（1）求电路的时间常数和稳态电流，并计算 时的线圈电流、电感两端电压及磁场储能。（2）求线圈电流达到稳态电流 90% 所需的最短时间，并判断 时接触器是否已经达到可靠吸合条件。（3）若开关突然断开，说明断开瞬间线圈电流的变化特点，并提出一种减小反向高电压的方法。 【答案】（1）时间常数为\[τ=\frac{L}{R}=\frac{0.60}{12}=0.050\ s\]稳态电流为\[I_\infty=\frac{U}{R}=\frac{24}{12}=2.00\ A\]RL 串联电路通电电流为\[i=I_\infty(1-e-t/τ)\]当 时，\[i=2(1-e-0.10/0.050)=2(1-e-2)\approx1.73\ A\]电感电压为\[uL=Ue-t/τ=24e-2\approx3.25\ V\]磁场储能为\[W=\frac{1}{2}Li2=\frac{1}{2}\times0.60\times(1.73)^2\approx0.90\ J\]（2）\[ 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 $ 内蒙古自治区（职教高考）机电类 《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 瞬态过程（B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15小题，每题3分，共45分） 1. 电路开关从闭合状态突然断开，以下哪个描述是正确的（ ） A. None B. None C. 电路状态不会立即改变 D. None 2. 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 3. 电路如图所示，若开关闭合前，电路处于稳态，则开关闭合后，电流i的初始值为（ ） A. 0 B. 1mA C. 2 mA D. 3mA 4. 换路定律主要用于分析哪种电路参数的变化（ ） A. 电阻 B. 电感 C. 电容 D. 开关 5. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为12V，电路中的电流为3A，电阻值为4Ω，那么电容器的电容量是多少（ ） A. 2F B. 3F C. 4F D. 6F 6. 如图所示电路，当时将开关打开，则电容两端电压的初始值为（ ） A. B. C. 0 D. 7. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为12V，电路中的电流为3A，电阻值为4Ω，那么电容器放电到6V所需的时间是多少（ ） A. 0.5秒 B. 1秒 C. 2秒 D. 4秒 8. 在一个RC电路中，如果电容器的初始电压为8V，电路中的电流为2A，电容器的电容量为4F，那么电容器放电到4V所需的时间是多少（ ） A. 0.5秒 B. 1秒 C. 5秒 D. 11.1秒 9. 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 10. 在一个RC电路中，如果电容的值增加，电容放电到达稳定状态所需的时间会如何（ ） A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 取决于电阻的值 11. 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 12. 如图所示的电路，电灯A、B相同，电感线圈内阻不计，则下列说法正确的是（ ） A. 开关S闭合，电灯A逐渐变亮，电灯B立即亮 B. 开关S闭合，电灯A立即亮，逐渐变暗，最后熄灭，电灯B立即亮 C. 开关S闭合，电灯A立即亮，逐渐变暗，最后熄灭，电灯B逐渐变亮 D. 开关S断开，电灯A、B同时熄灭 13. 在一个RC电路中，如果电阻的值增加，电容充电到达稳定状态所需的时间会如何（ ） A. 增加 B. 减少 C. 不变 D. 取决于电容的值 14. 在一个 RLC 串联电路中，如果电路的阻尼比为大于1时，系统的响应会怎样（ ） A. 振荡 B. 衰减 C. 收敛到稳定状态 D. 瞬间增加 15. 在一个RL电路中，当开关突然断开后，若电感电流存在续流通路，电感器中的电流会如何变化（ ） A. 瞬间减少到零 B. 逐渐减少至零 C. 保持不变 D. 瞬间增加至最大值 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 16. 在弹簧振子受到外力扰动后的振动过程中，可以看作是一个瞬态过程。（ ） 17. 一阶放电电路，换路后的瞬态过程与有关，越大，瞬态过程越长。（ ） 18. 只要是含耗能元件的电路，换路时就不会出现瞬态过程。（ ） 19. 电感元件的电压、电流的初始值可由换路定律确定。（ ） 20. 瞬态过程是指电路中的变化在很短的时间内完成。（ ） 21. 瞬态过程就是从一种稳定状态转变到另一种稳定状态的中间过程。（ ） 22. 在RC电路中，电压的初始值等于电源电压。（ ） 23. 在一个RC电路中，当电容器开始放电时，放电电流的初始值取决于电源电压。（ ） 24. 在一个RC电路中，电容器放电的过程中，其电压会逐渐增加，直到等于初始电压的36．8%。（ ） 25. uC(0–)=uC(0+) =0，电容相当于短路。（ ） 三、填空题（本大题共5小题，每题2分，共10分） 26. 动态电路分析中的三要素法只适用于______。 27. 引起瞬态过程的电路变化称为______。电路中具有电感或电容元件时，在换路后通常有一个______。 28. 如图所示电路，当开关S闭合后，电路的时间常数为______；当开关S断开后，电路的时间常数为______。 29. 对于一阶电路，经过约______个时间常数后，瞬态过程基本结束。 30. 在RC串联电路中，与电容C再并联一电容，则电路的时间常数______。 四、简答题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 31. 名词解释： 过渡过程 32. 在如图所示的电路中，在t=0时开关S闭合，S闭合前电路已达稳态。求t≥0时的、和。 33. 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。 五、综合应用题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 34. 某自动化生产线的延时控制模块采用 RC 串联电路。电源电压为 24 V，串联电阻为 12 kΩ，电容器容量为 100 μF。换路前电容器两端已有 6 V 电压，且电容器上端电势较高；在 时开关闭合，电源通过电阻向电容器充电。（1）求电路的时间常数，并计算电容器电压达到 18 V 所需的时间。（2）开关闭合后经过一个时间常数时，求电容器两端电压和电路中的充电电流。（3）说明开关闭合瞬间电容器电压和充电电流的变化特点，以及经过足够长时间后的稳态情况。 35. 某直流接触器的电磁线圈可等效为 RL 串联电路。线圈电阻为 12 Ω，电感量为 0.60 H，接入 24 V 直流电源前线圈中无电流。开关在 时闭合，线圈开始励磁。规定线圈电流达到稳态电流的 90% 时，接触器才能可靠吸合。（1）求电路的时间常数和稳态电流，并计算 时的线圈电流、电感两端电压及磁场储能。（2）求线圈电流达到稳态电流 90% 所需的最短时间，并判断 时接触器是否已经达到可靠吸合条件。（3）若开关突然断开，说明断开瞬间线圈电流的变化特点，并提出一种减小反向高电压的方法。 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 $