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教材名称:《电工技术(第五版)》
主编:贾贵玺
出版社:高等教育出版社
版次:2017.12
ISBN:9787040489491
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四、填空题(40题)
五、名词解释题(40题)
六、简答题(40题)
七、论述题(15题)
八、材料分析题(5题)
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第6章试卷-章节练习试题
第6章 电路的瞬态分析
6.1 概述
6.2 换路定理及初始值的确定
6.3 一阶电路的零输入响应
6.4 一阶电路的零状态响应
6.5 一阶电路的全响应和三要素法
6.6 一阶电路的脉冲响应
一、单项选择题(60题)
1.在电路的瞬态分析中,换路瞬间电路中的储能元件(如电容和电感)的电压和电流是否会发生突变?
A.会发生突变
B.不会发生突变
C.取决于电路的具体条
D. 无法确定
正确答案:B
解析:根据换路定理,换路瞬间,电路中的储能元件(如电容和电感)的电压和电流不能发生突变,这是瞬态分析中的一个重要原则。
2.一阶电路的零输入响应是指什么?
A.电路中没有输入信号时的响应
B.电路中有输入信号且初始状态为零时的响应
C.电路中没有输入信号且初始状态不为零时的响应
D. 电路中有输入信号且初始状态不为零时的响应
正确答案:C
解析:一阶电路的零输入响应是指电路中没有输入信号,但初始状态(如电容的初始电压或电感的初始电流)不为零时的响应。
3.使用三要素法求解一阶电路的全响应时,需要知道的三个要素是什么?
A.初始值、稳态值和时间常数
B.输入信号、输出信号和时间常数
C.初始值、输入信号和稳态值
D. 输入信号、输出信号和稳态值
正确答案:A
解析:三要素法是一种求解一阶电路全响应的简便方法,需要知道的三个要素是初始值、稳态值和时间常数。
4.下列哪个不是一阶电路零状态响应的特点?
A.响应由输入信号决定
B.响应与初始状态无关
C.响应随时间逐渐趋近于稳态值
D. 响应波形与输入信号波形完全相同
正确答案:D
解析:一阶电路的零状态响应是指电路中有输入信号且初始状态为零时的响应,其特点包括响应由输入信号决定、与初始状态无关、随时间逐渐趋近于稳态值。但响应波形并不总是与输入信号波形完全相同,特别是当输入信号为复杂波形时。
5.一阶电路的脉冲响应是指电路对何种信号的响应?
A.直流信号
B.交流信号
C.阶跃信号
D. 脉冲信号
正确答案:D
解析:一阶电路的脉冲响应是指电路对脉冲信号的响应。脉冲信号是一种在短时间内突然变化并很快恢复到原始状态的信号,常用于测试电路的动态性能。
6.在一阶电路的瞬态分析中,以下哪个因素决定了电路达到稳态所需的时间?
A.电路的输入电压
B.电路的初始状态
C.电路的时间常数
D. 电路的电阻和电容值的乘积
正确答案:C
解析:电路的时间常数是决定一阶电路达到稳态所需时间的关键因素。时间常数越大,电路达到稳态所需的时间就越长。
7.对于一阶RC电路,当电容的初始电压为零,且输入一个阶跃电压时,电容的电压将如何变化?
A.立即达到输入电压值
B.随时间线性增加至输入电压值
C.随时间指数增加至输入电压值
D. 保持为零不变
正确答案:C
解析:对于一阶RC电路,当电容的初始电压为零,且输入一个阶跃电压时,电容的电压将随时间指数增加至输入电压值,这是RC电路零状态响应的特点。
8.在一阶RL电路中,如果电感的初始电流为零,且输入一个直流电压源,那么电感的电流将如何变化?
A.立即达到最大值
B.随时间线性增加
C.随时间指数增加
D. 保持为零不变
正确答案:C
解析:在一阶RL电路中,如果电感的初始电流为零,且输入一个直流电压源,那么电感的电流将随时间指数增加,直至达到稳态值,这是RL电路零状态响应的特点。
9.以下哪个方法可以用于求解一阶电路的全响应?
A.叠加原理
B.戴维南定理
C.三要素法
D. 诺顿定理
正确答案:C
解析:三要素法是一种专门用于求解一阶电路全响应的方法,它根据电路的初始值、稳态值和时间常数来计算电路的全响应。
10.一阶电路的脉冲响应中,脉冲信号的宽度对电路的响应有何影响?
A.脉冲宽度越宽,响应越快
B.脉冲宽度越窄,响应越快
C.脉冲宽度对响应无影响
D. 脉冲宽度决定响应的稳态值
正确答案:B
解析:在一阶电路的脉冲响应中,脉冲信号的宽度对电路的响应有影响。脉冲宽度越窄,电路中的储能元件(如电容或电感)充放电的时间就越短,因此电路的响应就越快。然而,脉冲宽度并不决定响应的稳态值,稳态值由电路的输入电压和电路参数共同决定。
11.在一阶电路的瞬态分析中,如果电路的初始状态与输入信号同时发生变化,那么电路的响应将是哪种响应的叠加?
A.零输入响应和零状态响应
B.稳态响应和瞬态响应
C.强制响应和自由响应
D. 直流响应和交流响应
正确答案:A
解析:在一阶电路的瞬态分析中,如果电路的初始状态与输入信号同时发生变化,那么电路的响应将是零输入响应和零状态响应的叠加。
12.对于一阶RC电路,其时间常数τ与哪些因素有关?
A.仅与电阻R有关
B.仅与电容C有关
C.与电阻R和电容C的乘积有关
D. 与电阻R和电容C的比值有关
正确答案:C
解析:一阶RC电路的时间常数τ等于电阻R与电容C的乘积,即τ=RC。因此,时间常数与电阻R和电容C的乘积有关。
13.在一阶电路的瞬态分析中,如果电路的初始电流为零,且输入一个阶跃电压,那么电路中的电流将如何变化?
A.立即达到最大值
B.随时间线性增加
C.随时间指数增加至稳态值
D. 保持为零不变
正确答案:C
解析:对于一阶电路,如果电路的初始电流为零,且输入一个阶跃电压,那么电路中的电流将随时间指数增加至稳态值。这是由电路的瞬态响应特性决定的。
14.在使用三要素法求解一阶电路的全响应时,如果已知电路的初始值、稳态值和时间常数,那么还需要知道什么信息才能求出全响应?
A.输入信号的波形
B.电路的结构
C.电路中的元件参数
D. 电路的输入电阻
正确答案:A
解析:在使用三要素法求解一阶电路的全响应时,除了需要知道电路的初始值、稳态值和时间常数外,还需要知道输入信号的波形。因为输入信号的波形决定了电路响应的具体形式。
15.一阶电路的脉冲响应中,脉冲信号的幅度对电路的响应有何影响?
A.脉冲幅度越大,响应越快
B.脉冲幅度越小,响应越快
C.脉冲幅度决定响应的稳态值
D. 脉冲幅度越大,响应的峰值越大
正确答案:D
解析:在一阶电路的脉冲响应中,脉冲信号的幅度决定了响应的峰值。脉冲幅度越大,响应的峰值就越大;脉冲幅度越小,响应的峰值就越小。然而,脉冲幅度并不决定响应的速度或稳态值。
16.在一阶电路的瞬态分析中,电路的稳态响应是指什么?
A.电路达到稳定状态后的响应
B.电路初始状态的响应
C.电路对输入信号的即时响应
D. 电路在换路瞬间的响应
正确答案:A
解析:电路的稳态响应是指电路在输入信号作用下,经过一段时间后达到的稳定状态后的响应。在一阶电路的瞬态分析中,稳态响应是电路长期行为的表现。
17.对于一阶RL电路,当电阻R增大时,电路的时间常数将如何变化?
A.增大
B.减小
C.保持不变
D. 无法确定
正确答案:A
解析:一阶RL电路的时间常数τ等于电感L与电阻R的比值,即τ=L/R。因此,当电阻R增大时,时间常数τ将增大。这意味着电路达到稳态所需的时间将变长。
18.在使用三要素法求解一阶电路的全响应时,稳态值是如何确定的?
A.由电路的初始状态决定
B.由电路的输入信号决定
C.由电路的时间常数决定
D. 由电路的元件参数共同决定
正确答案:B
解析:在使用三要素法求解一阶电路的全响应时,稳态值是由电路的输入信号决定的。当输入信号为常数或稳定值时,电路的稳态响应也将达到该值。
19.一阶电路的瞬态响应中,电路的响应速度主要取决于什么因素?
A.电路的输入电压
B.电路的初始状态
C.电路的时间常数
D. 电路中的元件数量
正确答案:C
解析:一阶电路的瞬态响应中,电路的响应速度主要取决于电路的时间常数。时间常数越小,电路达到稳态所需的时间就越短,响应速度就越快。
20.在一阶电路的脉冲响应中,如果脉冲信号的宽度远大于电路的时间常数,那么电路的响应将如何?
A.响应将非常迅速
B.响应将非常缓慢
C.响应将接近稳态值
D. 响应将呈现明显的瞬态过程
正确答案:C
解析:在一阶电路的脉冲响应中,如果脉冲信号的宽度远大于电路的时间常数,那么电路将有足够的时间达到稳态。因此,电路的响应将接近稳态值,瞬态过程将变得不明显。这意味着电路将更快地达到其最终状态。
21.在一阶电路的瞬态分析中,以下哪个因素与电路达到稳态所需的时间无关?
A.电路的时间常数
B.电路的初始状态
C.输入信号的幅值
D. 输入信号的类型
正确答案:C
解析:电路达到稳态所需的时间主要由电路的时间常数决定,与电路的初始状态也有一定关系,而与输入信号的幅值无关。输入信号的类型会影响瞬态响应的形状,但也不会直接影响达到稳态所需的时间。
22.对于一阶RC电路,当电容的初始电压与输入电压的跃变值相等但符号相反时,电路的零输入响应将如何?
A.立即为零
B.随时间指数衰减至零
C.保持不变
D. 随时间线性增加
正确答案:A
解析:对于一阶RC电路,当电容的初始电压与输入电压的跃变值相等但符号相反时,意味着在换路瞬间,电容上的电压已经与新的稳态电压相等。因此,电路的零输入响应将立即为零,电路将直接进入稳态。
23.在使用三要素法求解一阶电路的全响应时,如果已知电路的初始值和稳态值,但不知道时间常数,那么可以通过什么方法求得全响应?
A.直接计算法
B.拉普拉斯变换法
C.观察法
D. 无法求得
正确答案:B
解析:虽然三要素法需要知道电路的初始值、稳态值和时间常数来直接求得全响应,但如果不知道时间常数,仍然可以通过其他方法如拉普拉斯变换法来求解。拉普拉斯变换法是一种更通用的方法,可以处理更复杂的电路和信号。
24.一阶电路的脉冲响应中,脉冲信号的重复频率对电路的响应有何影响?
A.重复频率越高,响应越快
B.重复频率越低,响应越快
C.重复频率决定响应的稳态值
D. 重复频率主要影响响应的波形
正确答案:D
解析:脉冲信号的重复频率主要影响一阶电路响应的波形。当脉冲信号的重复频率较高时,电路可能还没有足够的时间从上一个脉冲的响应中完全恢复,就已经受到了下一个脉冲的影响。这可能导致响应波形出现叠加、失真等现象。而重复频率对响应的速度或稳态值没有直接影响。
25.在一阶电路的瞬态分析中,如果电路的初始状态为零,且输入一个单位阶跃信号,那么电路的响应将是什么形式的函数?
A.线性函数
B.指数函数
C.正弦函数
D. 余弦函数
正确答案:B
解析:对于一阶电路,如果电路的初始状态为零,且输入一个单位阶跃信号,那么电路的响应将是指数形式的函数。这是因为一阶电路的微分方程可以化简为关于电流或电压的一阶线性常微分方程,其解通常具有指数形式。在单位阶跃信号的作用下,电路的响应将从零开始随时间指数增加至稳态值。
26.在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始电流不为零,且输入一个单位阶跃电压,则电路的响应中将会包含哪部分响应?
A.仅包含零输入响应
B.仅包含零状态响应
C.同时包含零输入响应和零状态响应
D. 既不包含零输入响应也不包含零状态响应
正确答案:C
解析:在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始电流不为零,则存在零输入响应(由初始状态决定);同时,若输入一个单位阶跃电压,则存在零状态响应(由输入信号决定)。因此,电路的响应将同时包含零输入响应和零状态响应。
27.使用三要素法求解一阶电路的全响应时,若已知电路的初始值、稳态值和时间常数,则全响应的表达式可以表示为?
A.f(t) = f(∞) + [f(0⁺) - f(∞)]e^(-t/τ)
B.f(t) = f(0⁻) + [f(∞) - f(0⁻)]e^(-t/τ)
C.f(t) = f(∞) - [f(0⁺) - f(∞)]e^(-t/τ)
D. f(t) = f(0⁺) + [f(∞) - f(0⁻)] × (1 - e^(-t/τ))
正确答案:A
解析:使用三要素法求解一阶电路的全响应时,全响应的表达式可以表示为 f(t) = f(∞) + [f(0⁺) - f(∞)]e^(-t/τ),其中 f(t) 表示电路在 t 时刻的响应值,f(∞) 表示电路的稳态值,f(0⁺) 表示电路在换路后瞬间的初始值(即零状态响应的初始值,通常与 f(0⁻) 不同),τ 表示电路的时间常数。注意,这里的 f(0⁺) 是指换路后瞬间的值,而 f(0⁻) 是指换路前的瞬间值,但在求解全响应时,我们通常使用 f(0⁺) 作为初始值。
28.对于一阶RL电路,若电阻R减小,而其他参数保持不变,则电路的时间常数将如何变化?
A.增大
B.减小
C.保持不变
D. 无法确定
正确答案:B
解析:对于一阶RL电路,时间常数 τ = L/R。若电阻 R 减小,而其他参数(电感 L)保持不变,则根据时间常数的定义,电路的时间常数将减小。这意味着电路达到稳态所需的时间将变短。
29.在一阶电路的脉冲响应中,若脉冲信号的宽度远小于电路的时间常数,则电路的响应将主要表现出什么特性?
A.响应将非常迅速达到稳态
B.响应将表现出明显的瞬态过程
C.响应将几乎不发生变化
D. 响应将呈现振荡现象
正确答案:B
解析:在一阶电路的脉冲响应中,若脉冲信号的宽度远小于电路的时间常数,则电路在脉冲作用期间无法充分响应并达到稳态。因此,电路的响应将主要表现出明显的瞬态过程,如电容的充电或放电过程,而不是迅速达到稳态。
30.对于一阶RC电路,若电容C的初始电压为零,且输入一个阶跃电压,则电容上的电压将如何变化?
A.立即跃变到输入电压值
B.随时间线性增加至输入电压值
C.随时间指数增加至输入电压值
D. 保持为零不变
正确答案:C
解析:对于一阶RC电路,若电容 C 的初始电压为零,且输入一个阶跃电压,则电容上的电压将随时间指数增加至输入电压值。这是因为电容在充电过程中,其电压变化率与电流成正比,而电流又随时间指数衰减,因此电容上的电压也将随时间指数增加。最终,当电容充满电时,其电压将达到输入电压值。
31.在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始电压不为零,且输入电压突然变为零,则此时电路的响应主要属于哪种类型?
A.零输入响应
B.零状态响应
C.全响应
D. 脉冲响应
正确答案:A
解析:在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始电压不为零,而输入电压突然变为零,此时电路中没有新的输入信号作用,因此电路的响应主要属于零输入响应。零输入响应是由电路的初始状态引起的,与输入信号无关。
32.使用三要素法求解一阶电路的全响应时,需要知道的三个要素不包括以下哪一项?
A.电路的初始值
B.电路的稳态值
C.电路的时间常数
D. 电路中的元件参数
正确答案:D
解析:使用三要素法求解一阶电路的全响应时,需要知道的三个要素是电路的初始值、电路的稳态值和电路的时间常数。这三个要素足以确定电路的全响应。而电路中的元件参数虽然对电路有影响,但在使用三要素法时,它们已经通过时间常数间接地包含在了全响应的表达式中。
33.对于一阶RC电路,若电容的初始电压为零,且输入一个正向的阶跃电压,则电容上的电压将如何随时间变化?
A.立即达到输入电压值并保持不变
B.随时间线性增加至输入电压值
C.随时间指数增加至输入电压值并保持稳定
D. 随时间先增加后减少至零
正确答案:C
解析:对于一阶RC电路,若电容的初始电压为零,且输入一个正向的阶跃电压,则电容将开始充电。由于电阻的存在,电容上的电压将随时间指数增加至输入电压值,并在此后保持稳定。这是因为电容的充电电流随时间指数衰减,导致电容上的电压也随时间指数增加。
34.在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始电流不为零,且输入电流突然变为零,此时电路的响应将主要受到哪种因素的影响?
A.输入电流的变化率
B.电路的时间常数
C.电路的初始电流
D. 电路中的元件参数
正确答案:C
解析:在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始电流不为零,而输入电流突然变为零,此时电路的响应将主要受到电路的初始电流的影响。这是因为此时电路中没有新的输入电流作用,电路的响应将主要由初始电流引起的零输入响应决定。电路的时间常数和元件参数虽然对响应有影响,但在此情况下,它们主要影响响应的速度和形状,而不是响应的主要因素。
35.对于一阶RL电路,若电阻R和电感L均减小一半,而其他参数保持不变,则电路的时间常数将如何变化?
A.增大一倍
B.减小一半
C.保持不变
D. 无法确定
正确答案:B
解析:对于一阶RL电路,时间常数τ = L/R。若电阻R和电感L均减小一半,则新的时间常数τ' = (L/2) / (R/2) = L/R = τ/2,即电路的时间常数将减小一半。这意味着电路达到稳态所需的时间将变短。
36.在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始条件为零(即初始电压和初始电流均为零),且输入一个单位阶跃电压,则此时电路的响应称为?
A.零输入响应
B.零状态响应
C.全响应
D. 阶跃响应
正确答案:B
解析:在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始条件为零(即初始电压和初始电流均为零),此时电路没有初始储能,因此电路的响应完全由输入信号决定,这种响应称为零状态响应。单位阶跃电压作为输入信号时,电路的响应也被称为阶跃响应(但通常阶跃响应更广泛地指输入为任意阶跃函数时的响应,这里特指输入为单位阶跃电压的情况)。但根据题目选项,更准确的答案是零状态响应。
37.使用三要素法求解一阶电路的全响应时,如果已知电路的初始值、稳态值,但不知道电路的具体元件参数(如电阻、电容或电感值),则能否确定电路的全响应?
A.能,因为三要素法只需要这三个值
B.不能,因为必须知道元件参数才能计算时间常数
C.能,但只能确定响应的形状,不能确定响应的时间尺度
D. 不能,因为还需要知道输入信号的具体形式
正确答案:C
解析:使用三要素法求解一阶电路的全响应时,确实需要知道电路的初始值、稳态值以及时间常数。然而,时间常数通常是通过电路的元件参数(如电阻、电容或电感值)来计算的。但如果不知道这些具体的元件参数,我们仍然可以通过三要素法确定响应的形状(即响应是如何随时间变化的),只是无法确定响应的时间尺度(即响应达到稳态所需的具体时间)。因此,选项C是正确的。
38.对于一阶RC电路,若电容的初始电压与输入电压的跃变值相等但方向相反,则电容上的电压将如何随时间变化?
A.立即达到稳态值并保持不变
B.随时间线性减小至零
C.随时间指数减小至零并保持稳定
D. 随时间先增加后减小至稳态值
正确答案:A
解析:对于一阶RC电路,若电容的初始电压与输入电压的跃变值相等但方向相反,则意味着在换路瞬间,电容上的电压已经与新的稳态电压相等。因此,电容将不需要进一步的充电或放电过程,其电压将立即达到稳态值并保持不变。所以选项A是正确的。
39.在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始条件不为零,且输入一个阶跃电压,则电路的响应将包含哪两部分?
A.仅包含零输入响应
B.仅包含零状态响应
C.同时包含零输入响应和零状态响应
D. 包含全响应和脉冲响应
正确答案:C
解析:在一阶电路的瞬态分析中,若电路的初始条件不为零(即初始电压或初始电流不为零),则电路的响应将包含零输入响应部分(由初始条件决定);同时,若输入一个阶跃电压,则电路的响应还将包含零状态响应部分(由输入信号决定)。因此,电路的响应将同时包含零输入响应和零状态响应。所以选项C是正确的。
40.对于一阶RL电路,在换路瞬间,电感上的电流是否会发生突变?
A.会,因为电感是储能元件
B.不会,因为电感具有电流不能突变的特性
C. 会,但突变的大小取决于输入电压
D. 不会,因为电路中的电阻会阻止电流突变
正确答案:B
解析:对于一阶RL电路,电感是一个储能元件,它储存的磁场能量与电流的平方成正比。根据电感的特性,电感上的电流不能突变。这是因为在换路瞬间,如果电流试图突变,那么电感会产生一个很大的自感电动势来阻止这种突变。因此,在换路瞬间,电感上的电流不会发生突变。所以选项B是正确的。
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