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1、中职电工基础单相交流电路练习及答案5-1 交流电的基本概念一、填空题1直流电的方向不随时间的变化而变化；交流电的方向随时间的变化而变化，正弦交流电则是大小和方向按正弦规律变化。2交流电的周期是指交流电每重复变化一次所需的时间，用符号T表示，其单位为秒（S）；交流电的频率是指交流电在1秒内重复变化的次数，用符号f表示，其单位为赫兹（Hz）。它们的关系是T=。3我国动力和照明用电的标准频率为50Hz，习惯上称为工频，其周期是，角频率是314rad/s。4正弦交流电的三要素是最大值（有效值）、频率（周期、角频率）和初相角。5有效值与最大值之间的关系为，有效值与平均值之间的关系为有效值=平均值。在交流
2、电路中通常用有效值进行计算。6已知一正弦交流电流i=sin (314t-)A，则该交流电的最大值为1A，有效值为A，频率为50HZ，周期为，初相位为-。7阻值为R的电阻接入2V的直流电路中，其消耗功率为P，如果把阻值为R的电阻接到最大值为2V的交流电路中，它消耗的功率为P/2。二、判断题1用交流电压表测得交流电压是220 V，则此交流电压的最大值是380 V。 ( )2一只额定电压为220 V的白炽灯，可以接到最大值为311 V的交流电源上。 ( )3用交流电表测得交流电的数值是平均值。 ( )三、选择题1交流电的周期越长，说明交流电变化得( B )。A越快 B越慢， C无法判断2已知一交流电
3、流，当t=0时的值i0 =1 A，初相位为300，则这个交流电的有效值为(B)A。A B1. 414 C1 D23已知一个正弦交流电压波形如图5-1所示，其瞬时值表达式为(C)V。Au=10sin (t-) Bu=-10sin (t-) Cu=10sin (t+)4已知u1=20sin sin (314t+)V，u2=40sin (314t-)V，则( C )。AUl比U2超前300 BUl比U2滞后300CUl比U2超前900 D不能判断相位差5已知i1=10sin (314t-900)A,i2=10sin(628t-300)A,则( D )。Ai1比i2超前600 Bi1比i2滞后600C
4、i，比/。超前900 D不能判断相位差四、问答题1让8A的直流电流和最大值为10 A的交流电流分别通过阻值相同的电阻，在相同时间内，哪个电阻发热最大？为什么？答：8A的直流电流发热最大，因为10 A的交流电流的有效值为10/=1000V，会击穿。3有三个交流电，它们的电压瞬时值分别为u1=311sin 314t V, u2=537sin (314t+)V，u3=156sin (314t-)V。 (1)这三个交流电有哪些不同之处？又有哪些共同之处？ (2)在同一坐标平面内画出它们的正弦曲线。 (3)指出它们的相位关系。答：(1)这三个交流电有最大值、初相位不同。频率相同。(3)指出它们的相位关系
5、。u2超前u1为90，u3滞后u1为90。五、实验题1手电钻的电源是单相交流电，为什么用三根导线？它们各有什么作用？答：手电钻的电源是单相交流电，它用了一根相线，一根零线，一根地线。相线和零线构成用电回路，保障手电钻的正常工作。地线为保护接地，保障用电安全。2某用户将电冰箱的三芯插头接粗脚的导线与一根接细脚的导线连接起来，通电后，发现冰箱带电，这是为什么？答：三芯插头粗脚为接地脚，若与相线相接，则送电后，若插座有接地线，则直接短路；若插座没有地线，则冰箱外壳直接带有220V电压；若和零线相连，则冰箱送电后，通过用电器使冰箱外壳带电。六、计算题1图5-2所示为一个按正弦规律变化的交流电流的波形图
6、，试根据波形图指出它的周期、频率、角频率、初相、有效值，并写出它的解析式。解：由图可见:T=f=1/T=5Hz=2f=25=s0=90 Im=10AI=Im/=10/=i=10sin+90)A答：它的周期为、频率为5Hz、角频率s、初相为90、有效值为，它的解析式为：i=10sin+90)A。2已知一正弦电动势的最大值为220 V，频率为50 Hz，初相位为300，试写出此电动势的解析式，绘出波形图，并求出t=0. 0l s时的瞬时值。解：此电动势的解析式为：e=220sin(314t+30)Vt=0. 0l s时的瞬时值e=220sin(314+30)= 220sin+30)= 220sin
7、(+30)=-110（V）答：此电动势的解析式e=220sin(314t+30)V，t=0. 0l s时的瞬时值为-110V。3某正弦交流电的最大值为100 mA，频率为50 Hz，初相角为零，求：(1)电流在经过零值后多长时间才能达到50 mA?(2)电流在经过零值后多长时间达到最大值？解：i=100sin(250t) mA(1) 50=100sin(250t) t=(sin-1)/( 250)=1/600(s)=(2)sin(250t)=1时，即=90250t=/2 t=答：电流在经过零值后时间才能达到50 mA；电流在经过零值后时间达到最大值。5-2正弦交流电的相量图表示法一、填空题1常
8、用的表示正弦量的方法有波形图、相量图和瞬时值表达式，它们都能将正弦量的三要素准确地表示出来。2作相量图时，通常取逆（顺、逆）时针转动的角度为正，同一相量图中，各正弦量的频率应相同。3用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进行。一、选择题1图5-3所示相量图中，交流电压Ul和U2的相位关系是( A )。Aul比u2超前750Bul比u2滞后750Cul比u2超前300D无法确定2同一相量图中的两个正弦交流电，( C )必须相同。 A有效值 B初相 C频率三、计算题1试分别画出下列两组正弦量的相量图，并求其相位差，指出它们的相位关系。(1) u1=20sin (314t+)V,
9、 u2=40sin (314t-)V(2) (2)i1=4sin (314t+) A,i2=8sin (314t-) A解：（1）u1、u2正弦量的相量图如下：u1比u2超前90。（2）i1、i2正弦量的相量图如下：i1比i2超前180，i1与i2反相。2已知正弦交流电流i1=3sin (100t+)A,i2=4sin (100t-)A，在同一坐标上画出其相量图，并计算i1+i2和i1-i2。解：在同一坐标上画出其相量图如下：i1+i2的相位角=60-tan-1（4/3）=i1-i2的相位角=30+tan-1（3/4）=23i1+i2的有效值=i1-i2的有效值=5i1+i2=5sin（100
10、-23）Ai1-i2=5sin（100+83）A。5-3纯电阻电路一、填空题1纯电阻正弦交流电路中，电压有效值与电流有效值之间的关系为I=，电压与电流在相位上的关系为同相。2在纯电阻电路中，已知端电压u=311sin (314t+300)V，其中R=l000，那么电流i= sin (314t+300)A，电压与电流的相位差=0，电阻上消耗的功率P= W。3平均功率是指交流电一个周期内消耗的功率的平均值，平均功率又称有功功率。二、选择题1正弦电流通过电阻元件时，下列关系式正确的是( B )。A. Im= BI= Ci= DI=2已知一个电阻上的电压u=10 sin (314t-)V，测得电阻上所
11、消耗的功率为20 W，则这个电阻的阻值为( A )。A5 B10 C40三、计算题1一个220 V500 W的电炉丝，接到u=220 sin (t- )V的电源上，求流过电炉丝的电流解析式，并画出电压、电流相量图。解：R= =i= sin (t- )V=sin (t- )A2一个220 V25 W的灯泡接在u=220sin (314t+600)V的电源上，试求：(1)灯泡的工作电阻；(2)电流的瞬时值表达式；(3)电压、电流的相量图。解：(1)灯泡的工作电阻 R=1936(2)电流的瞬时值表达式为：u=sin (314t+600)=sin (314t+600)A(3)电压、电流的相量图如下：5
12、4纯电感电路一、填空题1在纯电感正弦交流电路中，电压有效值与电流有效值之间的关系为I=，电压与电流在相位上的关系为电压超前电流90。2感抗是表示电感对电流的阻碍作用的物理量，感抗与频率成正比，其值XL=2fL，单位是；若线圈的电感为 H，把线圈接在频率为50 Hz的交流电路中，XL=。3在纯电感正弦交流电路中，有功功率P=0W，无功功率QL与电流I、电压UL感抗XL的关系为：QL=UI=U2/XL=I2XL。4一个纯电感线圈若接在直流电源上，其感抗XL=0，电路相当于短路。5在正弦交流电路中，已知流过电感元件的电流I=10 A，电压u=20sin(1 000t)V，则电流i=10sin(1 0
13、00t-90)A，感抗XL=2，电感L=，无功功率QL=200var。二、选择题1在纯电感电路中，已知电流的初相角为- 600，则电压的初相角为( A )。A300 B600 C900 D12002在纯电感正弦交流电路中，当电流i=Isin( 314t)A时，则电压(C)V。Au=Isin (314t+) Bu=ILsin (314t-) Cu=ILsin (314t+)3在纯电感正弦交流电路中，电压有效值不变，增加电源频率时，电路中电流( B )。A增大 B减小 C不变4下列说法正确的是( C )。A无功功率是无用的功率B无功功率是表示电感元件建立磁场能量的平均功率C无功功率是表示电感元件与
14、外电路进行能量交换的瞬时功率的最大值三、问答与计算题1在纯电感电路中U/I=XL，Um/Im=XL，为什么u/iXL?答：因为纯电感的瞬时电流和电压相位相差90，所以u/iXL。2已知一个电感线圈通过50 Hz的电流时，其感抗为10 ，电压和电流的相位差为900。试问：当频率升高至500 Hz时，其感抗是多少？电压与电流的相位差又是多少？解：XL=L L= XL / =10/(250)=1/10（H）频率升高至500 Hz时XL=2fL=25001/10=100()电压与电流的相位差为90。答：当频率升高至500 Hz时，其感抗是100，电压与电流的相位差是90。3一个L= H的线圈接到220
15、 V、50 Hz的交流电源上，求线圈中的电流和功率。当电源频率变为100 Hz时，其他条件不变，线圈中的电流和功率又是多少？解：I=UL/XL= 50 Hz的交流电源上时：I=(A) QL=ULI=220=308(var)当电源频率变为100 Hz时: I=(A) QL=ULI=220=154(var)答：略。4把电感为10 mH的线圈接到u=141sin (314t-)V的电源上。试求：(1)线圈中电流的有效值；(2)写出电流瞬时值表达式；(3)画出电流和电压相应的相量图；(4)无功功率。解：(1)线圈中电流的有效值：U=Um/= 141/=100V I=(A)(2)写出电流瞬时值表达式为:
16、i= sin (314t-)A(3)画出电流和电压相应的相量图:(4)无功功率。QL=ULI=100=3185(var)答：略。55纯电容电路一、填空题1在纯电容交流电路中，电压有效值与电流有效值之间的关系为I= ，电压与电流在相位上的关系为电压滞后电流90。2容抗是表示电容对电流的阻碍作用的物理量，容抗与频率成反比，其值XC=，单位是；100 pF的电容器对频率是l06 Hz的高频电流和50 Hz的工频电流的容抗分别是103和107。3在纯电容正弦交流电路中，有功功率P=0W，无功功率QC=UI=U2/XC=I2XC。4一个电容器接在直流电源上，其容抗XC=，电路稳定后相当于断路。5在正弦交
17、流电路中，已知流过电容元件的电流I=10 A，电压u= 20 sin（1 000t）V，则电流i=10 sin（1 000t+）A，容抗XC=2，电容C=510-4F，无功功率QC=200var。二、选择题1在纯电容正弦交流电路中，增大电源频率时，其他条件不变，电路中电流将( A )。A增大 B减小 C不变2在纯电容交流电路中，当电流iC=Isin (314t+)A时，电容上电压为(C)V。A. uc= ICsin (314t+) Buc=ICsin (314t) Cuc=Isin (314t)3若电路中某元件两端的电压u=36sin (314t-)V，电流i=4sin (314t)A，则该元
18、件是( C )。A电阻 B电感 C电容4加在容抗为100 的纯电容两端的电压uc=100sin (t-)V，则通过它的电流应是(B)A。Aic=sin（t+） Bic=sin（t+）cic= sin (t+) Dic= sin (t+)三、计算题1把一个电容C=F的电容器，分别接到电压为220 V、频率为50 Hz和电压为220 V、频率为500 Hz的电源上。试分别求电容器的容抗和电流的有效值。解： XC= I= =2fCUC电压为220 V、频率为50 Hz时：XC= =（）I= 2fCUC=25010-6220=（A）压为220 V、频率为500 Hz的电源上时：XC= =（）I= 2f
19、CUC=250010-6220=（A）答：略。2电容器的电容C=40 F，把它接到u=220sin (314t -)V的电源上。试求：(1)电容的容抗；(2)电流的有效值；(3)电流瞬时值表达式；(4)作出电流、电压相量图；(5)电路的无功功率。解：(1)电容的容抗：XC= =（）(2)电流的有效值：I= =CUC=3144010-6220=（A）(3)电流瞬时值表达式：i=sin (314t +)A(4)作出电流、电压相量图(5)电路的无功功率：QC=UI =220=（var）答：略。5-6 RLC串联电路一、填空题1一个电感线圈接到电压为100 V的直流电源上，测得电流为20 A，接到频率
20、为50 Hz、电压为200 V的交流电源上，测得电流为 A，则线圈的电阻R=5，电感L=16mH。2在RL串联正弦交流电路中，已知电阻R=6，感抗XL=8 ，则电路阻抗Z=10，总电压超前电流的相位差=，如果电压u=20sin (314t+)V，则电流i=2sin )A，电阻上电压UR=12V，电感上电压UL=16V3在RC串联正弦交流电路中，已知电阻R=8，容抗Xc=6 ，则电路阻抗Z=10，总电压滞后电流的相位差=37，如果电压u=20sin (314t+)V，则电流i=2sin (314t+67)A，电阻上电压UR=16V，电容上电压UC=12V。4已知某交流电路，电源电压u=100si
21、n（t-）V，电路中通过的电流i=10Isin (t-)A，则电压和电流之间的相位差是，电路的功率因数cos=，电路中消耗的有功功率P=500W，电路的无功功率Q=500var，电源输出的视在功率S=1000VA。二、选择题1白炽灯与电容器组成如图5-4所示的电路，由交流电源供电，如果交流电的频率减小，则电容器的( C )。A电容增大 B电容减小 C容抗增大 D容抗减小2白炽灯与线圈组成如图55所示的电路，由交流电源供电，如果交流电的频率增大，则线圈的( C )。A电感增大 B电感减小C感抗增大 D感抗减小3两只同规格的无铁心线圈，分别加上220 V的直流电压与220 V的交流电压，我们可以发
22、现( D )。A由于是同一元件，U直=U交，所以发热一样快B无法比较两线圈发热快慢C加交流电压时发热快D加直流电压时发热快4如图5-6所示，三个灯泡均正常发光，当电源电压不变、频率f变小时，灯的亮度变化情况是( D )。AHL1不变，HL2变暗，HL3变暗BHL1变亮，HL2变亮，HL3变暗CHL1、HL2、HL3均不变DHL1不变，HL2变亮，HL3变暗b在图57所示RL串联电路中，电压表PV1的读数为10 V，PV2的读数也为10 V，则电压表V的读数应为( C )V。A0 B10 C D206在图5-8所示电路中，当交流电源的电压大小不变而频率降低时，电压表的读数将( B )。A增大 B
23、减小 C不变7四个RLC串联电路的参数如下，其中只有( A )属电感性电路。AR=5 ，XL=7，Xc=4BR=5，XL=4，Xc=7CR=5，XL=4，Xc=4DR=5，XL=5，XC=5三、计算题1把一个电阻为20、电感为48 mH的线圈接到u=220sin (314t+)V的交流电源上。求：(1)线圈的感抗；(2)线圈的阻抗；(3)电流的有效值；(4)电流的瞬时值表达式；(5)线圈的有功功率、无功功率和视在功率。解：(1)线圈的感抗：XL=L=3144810-3=(2)线圈的阻抗：Z=25(3)电流的有效值：I=U/XL=220/25=(4)电流的瞬时值表达式:=arctan = arc
24、tan =37i=sin (314t+53)A(5)线圈的有功功率、无功功率和视在功率：P=IUcos=220cos37=1546W)Q= IUsin=220sin37=1165(var)S=UI=220=1936(VA)答：略。2把一个线圈接到电压为20 V的直流电源上，测得流过线圈的电流为 A，当把它改接到频率为50 Hz、电压有效值为65 V的交流电源上时，测得流过线圈的电流为 A，求线圈的参数R和L。解：线圈接到电压为20 V的直流电源时：I=U/R R=U/I=20/=50接到频率为50 Hz、电压有效值为65 V的交流电源上时:RL串联电流Z=U交/I交=65/=130XL=120
25、XL=2fL L=(H)答：略。3把一个60 的电阻器和容量为125 F的电容器串联后接到u=110sin (100t+)V的交流电源上。求：(1)电容的容抗；(2)电路的阻抗；(3)电流的有效值；(4)电流的瞬时值表达式；(5)电路的有功功率、无功功率和视在功率；(6)功率因数；(7)若将RC串联电路改接到110 V直流电源上，则电路中电流又为多少？解：(1)电容的容抗：XC=80(2)电路的阻抗: Z=100(3)电流的有效值:I=(4)电流的瞬时值表达式:电流超前电压=arctan =arctan=53i-u=53 i=53+90=143i=sin (100t+143)A(5)电路的有功
26、功率、无功功率和视在功率P=UIcos=110cos53=(W)Q= IUsin=110sin5=(var)S=UI=110=121(VA)(6)功率因数: cos= cos53=(7)若将RC串联电路改接到110 V直流电源上，则电路中电流为0A。答：略。4一个线圈和一个电容器相串联，已知线圈的电阻R=4，XL=3，外加电压u=220sin (314t+)V，i=44sin(314t+84)A。试求：(1)电路的阻抗；(2)电路的容抗；(3) UR、UL及UC，并作出相量图；(4)有功功率、无功功率和视在功率。解：(1)电路的阻抗：Z=U/I=220/44=5(2)电路的容抗: Z= XC=
27、 =+XL=+3=6(3) UR、UL及UC，并作出相量图UR=IR=444=176(V)UL=I XL=443=132(V)UC=I XC=446=264(v)(4)有功功率、无功功率和视在功率=45-84=-39P=UIcos=22044cos-39=(W)Q= IUsin=22044sin-39=(var)S=UI=22044=9680(VA)答：略。四、实验题1怎样测出一个实际线圈的电阻与电感？（设计测试电路，器材自选）器材：信号发生器、直流电流表、直流电压表、交流电流表、交流电压表、限流电阻测试方法：1、将信号发生器调整为合适的直流输出，连接直流表，测出直流电流和电压后，算出R=U/
28、I。2、接入交流电表，并将信号调整为100Hz的交流电压，然后按图连接线路，测出交流电压、电流值。计算阻抗Z=U交/I交，3、根据公式Z= 和XL=2fL计算L。4、测试结束，关闭信号发生器电源，拆除线路。2在白炽灯与镇流器串联的实验电路中，用万用表的交流电压挡测量电路各部分的电压，测得的结果是：电路端电压U=220 V，白炽灯两端电压Ul=110V，镇流器两端电压U2=190 V，U1 +U2U，怎样解释这个实验结果？答：因为在交流电路中，白炽灯相当于纯电阻，镇流器为电感线圈，它们的电压相位不同，它们的关系为U=，所以才出现U1 +U2U的结果。3如图5-10所示，三个电路中的电源和灯泡是相
29、同的，灯泡都能发光，哪种情况下灯泡亮度最大？哪种情况下灯泡最暗？为什么？答：在电压相同的时候，阻抗最小的电流大，灯泡的功率也最大，c图中容抗和感抗抵消，阻抗最小，等最亮。a图中阻抗最大，电流最小，灯泡最暗。57 串联谐振电路一、填空题1串联正弦交流电路发生谐振的条件是XL=XC。谐振时的谐振频率品质因数Q=，串联谐振又称电压谐振。2在发生串联谐振时，电路中的感抗与容抗相等，此时电路中阻抗最小，电流最大，总阻抗Z=R。3有一RLC串联正弦交流电路，用电压表测得电阻、电感、电容上电压均为10 V，用电流表测得电流为10 A，此电路中R=1，P=100W，Q=0var，S=100VA。二、选择题1正
30、弦交流电路如图5-11所示，已知开关S打开时，电路发生谐振。当把开关合上时，电路呈现( B )。A阻性 B感性 C容性2正弦交流电路如图5-12所示，已知电源电压为220 V，频率f=50 Hz时，电路发生谐振。现将电源的频率增加，电压有效值不变，这时灯泡的亮度( B )。A比原来亮 B比原来暗 C和原来一样亮3在RLC串联正弦交流电路中，已知XL=XC=20 ，R=20，总电压有效值为220 V，则电感上电压为( B )V。A0 B220 C三、实验与计算题*1.实验器材有：低频信号发生器一台，100电阻器一只，3300H电感线圈一只，3 300 pF电容器一只，电容器箱一个，交流电流表一只
31、，交流电压表一只。(1)画出串联谐振电路实验原理图。(2)当电路参数固定时，需要调节频率来实现谐振；当信号源频率不变的情况下，应改变电容来实现谐振。(3)连接好实验电路，调节信号源输出电压至2V，使其频率在4060 kHz范围内逐渐变化，当电流表读数为最大时，电路谐振。 (4)调节信号源输出电压至2V，频率为50 Hz，改变电容器箱电容量，当电流表读数为最大时，电路谐振。解：串联谐振电路实验原理图2在RLC串联电路中R=l ，L=l00mH，电容C=F，外加电压有效值U=l mV。试求：(1)电路的谐振频率；(2)谐振时的电流；(3)回路的品质因数和电容器两端的电压。解：(1)电路的谐振频率：
32、XL=XC 2fL=1/2fC f= =1592（Hz）(2)谐振时的电流：I=U/R=1=(A)=1mA(3)回路的品质因数和电容器两端的电压：Q=1000UC=1（V）答：略。58并联谐振电路一、填空题1串联谐振电路只适用于电源内阻较小的场合，而并联谐振电路则适用于电源内阻较大的场合。2LC并联谐振电路发生谐振时，其谐振频率fo=，此时，电路中总阻抗最大，总电流最小。3并联电路发生谐振时，品质因数Q=，此时，电感或电容支路电流会大大超过总电流，所以并联谐振又称电流谐振。二、选择题1在电阻、电感串联后再与电容并联的电路发生谐振时，RL支路电流( A )。A大于总电流 B小于总电流 C等于总电
33、流2在电阻、电感串联后再与电容并联的电路中，改变电容使电路发生谐振时，电容支路电流( A )。A大于总电流 B小于总电流 C等于总电流 D不一定三、计算与问答题1在图5-13所示并联谐振电路中，C=10pF，电流品质因数Q=50，谐振频率f0=37 kHz。求电感L和电阻R的大小。解：fo= L=(H)Q= R=8602（）答：略。2比较串、并联谐振电路的特点，填写下列表格中的相关内容。项目XL与的大小关系总阻抗（等于、最大、最小）总电流（压）（等于、最大、最小）品质因素总电流（压）与品质因素的关系谐振频率串联谐振XL=XC最小最大Q=Q=fo=并联谐振XL=XC最大最小Q=Q=fo5-9周期
34、性非正弦交流电1周期性非正弦电流ic=(3sint+sin3t)A，其基波分量是3sint，基波电流有效值Il=3A，三次谐波分量是sin3t，其有效值I3= 1A。2在某一电路中，已知电路两端的电压是u= 50+20sin(t+200) +6sin (2t+800)V，电路中的电流i=20+10sin (t-100) +5sin(2t+200)A，求电压和电流的有效值以及电路消耗的平均功率。解：U=(V)I=(V)P=U0I0+U1I1cos1+ U2I2cos2+ U3I3cos3.=5020+2010cos30+65cos60=1000+200+30=1000+15=(W)答：略。3在一纯电阻电路中，电阻R=10，外加非正弦电压u=20 sin（t+）+10sin (3t+)V，求电流i(t)。解：i（t）=20 sin（t+）+10sin (3t+)/10=2 sin（t+）+sin (3t+)（A）答：电流i(t)= 2 sin（t+）+sin (3t+)（A）。
