北京理工大学2024年5月《电工与电子技术》作业考核试题答案

北京理工大学2024年5月《电工与电子技术》作业考核试题答案一、选择题

1.电路中，电流的实际方向是（）A.正电荷移动的方向B.负电荷移动的方向C.电子移动的方向D.与参考方向一致的方向

答案：A

解析：在电路中，规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。负电荷移动方向与电流实际方向相反，电子带负电，其移动方向也与电流实际方向相反，而参考方向是人为假定的方向，不一定与实际方向一致。

2.某电路元件的电压U=10V，电流I=2A，且电压与电流为关联参考方向，则该元件的功率P为（）A.20WB.20WC.5WD.5W

答案：A

解析：当电压与电流为关联参考方向时，功率P=UI。已知U=10V，I=2A，所以P=10×2=20W。

3.一个电阻元件，其阻值R=10Ω，当通过它的电流I=5A时，它消耗的功率P为（）A.50WB.250WC.500WD.1000W

答案：B

解析：根据功率公式P=I²R，已知R=10Ω，I=5A，则P=5²×10=250W。

4.电容元件的电容量C=2μF，当两端电压u=10sin(1000t)V时，通过它的电流i为（）A.20sin(1000t)mAB.20cos(1000t)mAC.20sin(1000t+90°)mAD.20cos(1000t+90°)mA

答案：B

解析：电容元件的电流与电压关系为i=Cdu/dt。已知u=10sin(1000t)V，则du/dt=10×1000cos(1000t)=10000cos(1000t)V/s。又C=2μF=2×10⁻⁶F，所以i=Cdu/dt=2×10⁻⁶×10000cos(1000t)=20cos(1000t)mA。

5.电感元件的电感L=0.1H，当通过它的电流i=5sin(100t)A时，它两端的电压u为（）A.50sin(100t)VB.50cos(100t)VC.50sin(100t+90°)VD.50cos(100t+90°)V

答案：B

解析：电感元件的电压与电流关系为u=Ldi/dt。已知i=5sin(100t)A，则di/dt=5×100cos(100t)=500cos(100t)A/s。又L=0.1H，所以u=Ldi/dt=0.1×500cos(100t)=50cos(100t)V。

6.基尔霍夫电流定律（KCL）指出：对于电路中任一节点，流入节点的电流（）流出节点的电流。A.大于B.小于C.等于D.不等于

答案：C

解析：基尔霍夫电流定律表明，在电路中任一节点，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和，即ΣI=0。

7.基尔霍夫电压定律（KVL）指出：对于电路中任一回路，沿回路绕行方向各段电压的代数和（）。A.大于零B.小于零C.等于零D.不等于零

答案：C

解析：基尔霍夫电压定律表明，在电路中任一回路，沿回路绕行方向各段电压的代数和等于零，即ΣU=0。

8.某电阻R=10Ω与电感L=0.1H串联，接在u=100sin(100t)V的电源上，则电路中的电流有效值I为（）A.10AB.7.07AC.5AD.3.14A

答案：B

解析：首先求电路的阻抗Z。对于RL串联电路，Z=√(R²+(ωL)²)，其中ω=100rad/s，R=10Ω，L=0.1H，则Z=√(10²+(100×0.1)²)=√(100+100)=10√2Ω。根据欧姆定律I=U/Z，已知U=100V（有效值），则I=100/(10√2)=5√2≈7.07A。

9.正弦交流电路中，有功功率P的计算公式为（）A.P=UIB.P=UIcosφC.P=UIsinφD.P=I²Z

答案：B

解析：在正弦交流电路中，有功功率P=UIcosφ，其中U、I为电压和电流的有效值，φ为电压与电流的相位差。

10.三相交流电路中，负载采用三角形连接时，线电压UL与相电压UP的关系是（）A.UL=UPB.UL=√3UPC.UL=1/√3UPD.UL=2UP

答案：A

解析：在三相交流电路中，负载采用三角形连接时，线电压UL与相电压UP相等，即UL=UP。

二、填空题

1.电路由____、____、____和____等基本部分组成。

答案：电源、负载、连接导线、开关

解析：电源提供电能，负载消耗电能，连接导线用于传输电能，开关用于控制电路的通断。

2.电流的大小和方向随时间作____变化的电流称为直流电流；电流的大小和方向随时间作____变化的电流称为交流电流。

答案：恒定、周期性

解析：直流电流大小和方向不随时间变化，交流电流大小和方向随时间呈周期性变化。

3.欧姆定律指出：在电阻电路中，电流与电压成____，与电阻成____。

答案：正比、反比

解析：根据欧姆定律I=U/R，当电阻一定时，电流与电压成正比；当电压一定时，电流与电阻成反比。

4.电容元件的特性是____，电感元件的特性是____。

答案：通交流、隔直流；通直流、阻交流

解析：电容对直流相当于开路，对交流有容抗，能通过交流；电感对直流相当于短路，对交流有感抗，阻碍交流通过。

5.基尔霍夫电流定律的数学表达式为____，基尔霍夫电压定律的数学表达式为____。

答案：ΣI=0；ΣU=0

解析：分别表示节点电流之和为零和回路电压之和为零。

6.正弦交流电压u=220√2sin(314t+30°)V，其有效值U=____V，频率f=____Hz，初相位φ=____。

答案：220；50；30°

解析：正弦交流电压有效值U=Um/√2，其中Um=220√2V，所以U=220V；ω=314rad/s，根据ω=2πf，可得f=ω/(2π)=314/(2×3.14)=50Hz；初相位为30°。

7.三相交流电路中，对称三相电源的特点是____、____和____。

答案：大小相等、频率相同、相位互差120°

解析：这是对称三相电源的基本特征。

8.三相异步电动机的转速n与同步转速n0的关系为____，转差率s的计算公式为____。

答案：n=(1s)n0；s=(n0n)/n0

解析：转差率反映了异步电动机转子转速与同步转速的差异程度。

9.变压器的主要作用是____和____。

答案：变压、变流

解析：变压器可以改变电压大小，同时在一定程度上也能改变电流大小。

10.半导体二极管具有____导电性，即加____电压时导通，加____电压时截止。

答案：单向、正向、反向

解析：这是半导体二极管的重要特性，利用其单向导电性可实现整流等功能。

三、判断题

1.电路中参考点选择不同，各点的电位也不同，但任意两点间的电压不变。（）

答案：√

解析：电位是相对参考点而言的，选择不同参考点，各点电位不同，但两点间电压等于这两点电位之差，与参考点选择无关。

2.电阻元件在电路中总是消耗电能的。（）

答案：√

解析：电阻元件将电能转化为热能，根据P=I²R，只要有电流通过电阻就会消耗电能。

3.电容元件在直流电路中相当于开路，在交流电路中有容抗。（）

答案：√

解析：直流电流不能通过电容，相当于开路；交流电流能通过电容，电容对交流有容抗作用。

4.电感元件在直流电路中相当于短路，在交流电路中有感抗。（）

答案：√

解析：直流电流通过电感时，电感对其阻碍作用为零，相当于短路；交流电流通过电感时，电感有感抗。

5.基尔霍夫电流定律和电压定律仅适用于线性电路。（）

答案：×

解析：基尔霍夫电流定律和电压定律适用于任何集总参数电路，包括线性和非线性电路。

6.正弦交流电路中，电感元件上的电压超前电流90°。（）

答案：√

解析：根据电感元件电压与电流关系u=Ldi/dt，电压相位超前电流90°。

7.三相交流电路中，负载采用星形连接时，线电流IL与相电流IP的关系是IL=IP。（）

答案：√

解析：在星形连接中，线电流等于相电流。

8.三相异步电动机的转差率s越大，转速越高。（）

答案：×

解析：转差率s=(n0n)/n0，s越大，说明转子转速n越低。

9.变压器只能改变交流电压，不能改变直流电压。（）

答案：√

解析：变压器是基于电磁感应原理工作的，直流电流不会产生交变磁通，所以不能改变直流电压。

10.半导体三极管有放大作用的外部条件是发射结正偏，集电结反偏。（）

答案：√

解析：满足发射结正偏、集电结反偏时，三极管才能实现电流放大作用。

四、简答题

1.简述电路的基本组成部分及其作用。

答案：电路由电源、负载、连接导线和开关等基本部分组成。电源：提供电能，将其他形式的能量转换为电能，如发电机将机械能转换为电能，电池将化学能转换为电能。负载：消耗电能，将电能转换为其他形式的能量，如电灯将电能转换为光能和热能，电动机将电能转换为机械能。连接导线：用于传输电能，将电源和负载连接起来，形成电流通路。开关：控制电路的通断，可根据需要接通或断开电路，以实现对电路的控制和保护。

2.说明电阻元件、电容元件和电感元件在电路中的特性。

答案：电阻元件：对电流有阻碍作用，其阻值R为常数。在电路中，电流通过电阻时会消耗电能，将电能转换为热能。电阻元件的电压与电流关系遵循欧姆定律I=U/R，电阻消耗的功率P=I²R=U²/R。电容元件：电容对直流相当于开路，对交流有容抗。电容元件的特性是通交流、隔直流。其电容量C反映了储存电荷的能力，电容两端电压u与电流i的关系为i=Cdu/dt。电容在电路中可用于滤波、耦合、储能等。电感元件：电感对直流相当于短路，对交流有感抗。电感元件的特性是通直流、阻交流。其电感量L反映了产生自感电动势的能力，电感两端电压u与电流i的关系为u=Ldi/dt。电感在电路中可用于滤波、扼流、储能等。

3.简述基尔霍夫电流定律和电压定律的内容。

答案：基尔霍夫电流定律（KCL）：对于电路中任一节点，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和，即ΣI=0。它反映了电路中节点处电流的连续性。基尔霍夫电压定律（KVL）：对于电路中任一回路，沿回路绕行方向各段电压的代数和等于零，即ΣU=0。它体现了电路中能量守恒的原理。

4.什么是正弦交流电路中的有效值？如何计算正弦交流电压和电流的有效值？

答案：正弦交流电路中的有效值是根据电流的热效应来定义的。让交流电流和直流电流分别通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内它们产生的热量相等，那么这个直流电流的数值就称为该交流电流的有效值。

对于正弦交流电压u=Umsin(ωt)，其有效值U=Um/√2；对于正弦交流电流i=Imsin(ωt)，其有效值I=Im/√2。其中Um和Im分别为正弦交流电压和电流的最大值。

5.三相交流电路中，负载有哪两种连接方式？它们的线电压与相电压、线电流与相电流之间有什么关系？

答案：三相交流电路中，负载有星形（Y）连接和三角形（△）连接两种方式。星形连接：线电压UL与相电压UP的关系是UL=√3UP，线电流IL与相电流IP的关系是IL=IP。三角形连接：线电压UL与相电压UP相等，即UL=UP，线电流IL与相电流IP的关系是IL=√3IP。

五、计算题

1.已知某电路中电阻R=20Ω，电源电压u=100sin(100t)V，求通过电阻的电流i及电阻消耗的功率P。

答案：根据欧姆定律I=U/R，已知u=100sin(100t)V，其有效值U=100/√2=50√2V，R=20Ω，则电流有效值I=U/R=50√2/20=5√2/2A。

电流i=I√2sin(100t)=5sin(100t)A。

电阻消耗的功率P=I²R=(5√2/2)²×20=250W。

2.一个电感L=0.2H的电感元件，接在u=220√2sin(100πt)V的电源上，求通过电感的电流i及电感的无功功率Q。

答案：首先求感抗XL=ωL，其中ω=100πrad/s，L=