《测控系统原理与设计》（第3版）习题解答
本习题解答是普通高等教育“十一五”国家级规划教材《测控系统原理与设计》第3版（孙传友、李涛编著，北京航空航天大学出版社2014年8月出版）全书各章习题的参考答案。
第1章
1、为什么说仪器技术是信息的源头技术?
答：
信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础。仪器是一种信息的工具。如果没有仪器，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。仪器是信息时代的信息获取——处理——传输的链条中的源头。因此说，仪器技术是信息的源头技术。
2、为什么现代测控系统一般都要微机化?
答：
将微型计算机技术引入测控系统中，不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性，显著增强测控系统的自化化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级换代等等。
3、微机测控系统有哪几种类型?画出它们的组成框图
答：
测控仪器或系统可分为三大类——单纯以测试或检测为目的的“测试(检测)仪器或系统”，单纯以控制为目的的“控制系统”和测控一体的“测控系统”。
微机化检测系统框图
微机化控制系统框图
微机化测控系统框图
第2章
1、模拟输入通道有哪几种类型?各有何特点?
答：
按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为集中采集式(简称集中式)和分散采集式(简称分布式)两大类型。
集中式的特点是多路信号共同使用一个S/H 和A/D 电路，模拟多路切换器MUX 对多路信号分时切换、轮流选通到S/H 和A/D 进行数据采集。
分布式的特点是每一路信号都有一个S/H 和A/D ，因而也不再需要模拟多路切换器MUX 。每一个S/H 和A/D 只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输入计算机。
2、什么情况下需要设置低噪声前置放大器?为什么?
答：
由于电路内部有这样或那样的噪声源存在，使得电路在没有信号输入时，输出端仍输出一定幅度的波动电压，这就是电路的输出噪声。把电路输出端测得的噪声有效值折算到该电路的输入端即除以该电路的增益K ，得到的电平值称为该电路的等效输入噪声。
如果加在该电路输入端的信号幅度小到比该电路的等效输入噪声还要低，那么这个信号就会被电路的噪声所“淹没”。为了不使小信号被电路噪声所淹没，就必须在该电路前面加一级放大器——“前置放大器”。只要前置放大器本身的等效输入噪声比其后级电路的等效输入噪声低，加入前置放大器后，整个电路的等效输入噪声就会降低，因而，输入信号就不会再被电路噪声所淹没。
3、图2-1-14(a)所示采集电路结构只适合于什么情况?为什么?
答:
图2-1-14(a) 所示采集电路仅由A/D 转换器和前面的模拟多路切换器MUX 构成，只适合于测量恒定的各点基本相同的信号。因为恒定信号不随时间变化，无须设置S/H, 各点基本相同的信号无需设置PGA 。
4、DFS-V 数字地震仪属于集中采集式数据采集系统。2ms 采样48道时去混淆滤波器截止频为125Hz 。为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms 。试问：地震仪的信号道数和去混淆滤波器截止频率要不要改变?怎样改变?为什么?
答：
据题知，ms T S 2=，48=N ，代入公式(2－1－38)计算得该地震仪的A/D 转换器的转换周期为48
2/m s N T T S D A ==，为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms ，则信号道数应减小为2448
/21/===mS mS T T N D A S ，否则A/D 转换器就转换不过来。 据题知，ms T S 2=，Hz f h 125=，代入公式(2－1－17)计算得C=5，将C=5和T S =1ms 代入公式(2-1-17)计算得，抗混叠滤波器截止频率应减小为Hz f h 250=，将Hz f h 250=代入公式(2－1－18)计算得Hz f f h 250max ==，这将使地震仪可记录的最高地震信号频率达到
250Hz ，因而，可使地震仪的勘探分辨率提高一倍。如果只是减少采样周期而不改变抗混叠滤波器截止频率，将Hz f h 125=代入公式(2－1－18)计算得Hz f f h 125max ==，使地震仪可记录的最高地震信号频率仍然被限制在125Hz ，因而地震仪的勘探分辨率仍然不能提高，这就使减少采样周期的优越性发挥不出来。
5、多路测试系统什么情况下会出现串音干扰?怎样减少和消除?
答：
多路测试系统由于模拟开关的断开电阻Roff 不是无穷大和多路模拟开关中存在寄生电容的缘故，每当某一道开关接通时，其它被关断的各路信号也出现在负载上，对本来是唯一被接通的信号形成干扰，这种干扰称为道间串音干扰，简称串音。
为减小串音干扰，应采取如下措施：
①减小Ri,为此模拟多路切换器MUX 前级应采用电压跟随器；
②MUX 选用Ron 极小、Roff 极大的开关管；
③选用寄生电容小的MUX 。
④据公式（2-1-51），减少MUX 输入端并联的开关数N ，可减小串音。若采用分布式数据采集，则可从根本上消除串音干扰。因N=1代入公式（2-1-51）计算得0≈N V 。
6、主放大器与前置放大器有什么区别?设置不设置主放大器、设置哪种主放大器依据是什么?
答：
测控系统的模拟输入通道一般包括模拟调理电路和数据采集电路两部分。前置放大器设置在模拟调理电路前端，它是为减小模拟输入通道的等效输入噪声提高系统接收弱信号的能力而设置的，放大的是连续电信号。主放大器设置在数据采集电路的MUX 与S/H 之间，放大的是经模拟多路切换器采样或选通的离散信号，它是为了提高数据采集电路的数据转换精度和数据转换范围而设置的。
如果被测量的多路模拟信号都是恒定或变化缓慢的信号，而且多路信号的幅度也相差不大，也就是Vij 随i 和j 变化不大，那就没有必要在采集电路中设置主放大器，只要使各路信号调理电路中的前置放大器增益满足(2-1-54)式即可。
如果被测量的多路模拟信号都是恒定或变化缓慢的信号，但是各路信号的幅度相差很大，也就是说Vij 不随j 变化，但随i 变化很大，那就应在采集电路中设置程控增益放大器作为主放大器。程控增益放大器的特点是每当多路开关MUX 在对第i 道信号采样时，放大器就采用预先按(2-1-54)式选定的第i 道的增益Ki 进行放大。
如果被测量的多路模拟信号是随时间变化的信号，而且各路信号的幅度也不一样。也就是说，Vij 既随i 变化，也随j 变化，那就应在采集电路中设置瞬时浮点放大器作为主放大器。
7、模拟输出通道有哪几种基本结构?各有何特点?
答：
微机化测控系统的模拟信号输出通路的基本结构按信号输出路数来分，有单通道输出和多通道输出两大类，多通道的输出结构主要有以下三种：
一、数据分配分时转换结构。它的特点是每个通道配置一套输入寄存器和D/A 转换器，经微型计算机处理后的数据通过数据总线分时地选通至各通道输入寄存器，当数据Dij 选通至第i 路输入寄存器的同时，第i 路D/A 即实现数字Dij 到模拟信号幅值的转换。
二、数据分配同步转换结构。它的特点是在各路数据寄存器R1与D/A 转换器之间增设了
一个缓冲寄存器R2。数据总线分时选通主机的输出数据先后被各路数据寄存器R1接收，然后在同一命令控制下将数据由R1传送到R2，并同时进行D/A转换输出模拟量。
三、模拟分配分时转换结构。这种结构的特点是各通道共用一个D/A转换器和一个数据输入寄存器。微型计算机处理后的数据通过数据总线依通道顺序分时传送至输入寄存器并进行D/A转换，产生相应通道的模拟输出值。
以上三种结构可归纳为两种分配方案。前两种数据分配结构实质上也就是图2-2-2(a)所示的“数字保持”方案；模拟分配结构实质上也就是图2-2-2(b)所示的“模拟保持”方案。
8、为什么模拟输出通道中要有零阶保持?怎样用电路实现?
答：
我们知道，模拟信号数字化得到的数据是模拟信号在各个采样时刻瞬时幅值的A/D转换结果。很显然把这些A/D转换结果再经过D/A转换，也只能得到模拟信号波形上的一个个断续的采样点，而不能得到在时间上连续存在的波形。为了得到在时间上连续存在的波形就要想办法填补相邻采样点之间的空白。理论上讲，可以有两种简单的填补采样点之间空白的办法：一是把相邻采样点之间用直线连接起来，这种方式称为“一阶保持”方式；另一种方式是把每个采样点的幅值保持到下一个采样点，这种方式称“零阶保持”。“零阶保持”方式很容易用电路来实现，“一阶保持”则很难用电路来实现。因此模拟输出通道中采用零阶保持器。
零阶保持器的实现有两种方式：一种是数字保持方式，即在D/A之前加设一个寄存器，让每个采样点的数据在该寄存器中一直寄存到本路信号下个采样点数据到来时为止，这样D/A转换器输出波形就不是离散的脉冲电压而是连续的台阶电压。另一种是模拟保持方式，即在公用的D/A之后每路加一个采样保持器，保持器将D/A转换器输出子样电压保持到本路信号下个子样电压产生时为止。
9、在控制系统中被控设备的驱动有哪两种方式?有何异同?
答：
在控制系统中，对被控设备的驱动常采用模拟量输出驱动和数字量(开关量)输出驱动两种方式，其中模拟量输出是指其输出信号(电压、电流)可变，根据控制算法，使设备在零到满负荷之间运行，在一定的时间T内输出所需的能量P；开关量输出则是利用控制设备处于“开”或“关”状态的时间来达到运行控制目的。如根据控制算法，同样要在T时间内输出能量P，则可控制设备满负荷工作时间t，即采用脉宽调制的方法，同样可达到要求。
10、在信号以电压形式传输的模拟电路中，前后两级电路之间，什么情况下需插接电压跟随器?什么情况下不需要?为什么?
答：
在要求信号以电压形式传输（即要求前级馈送给后级的电压最大）的模拟电路中，当前级电路的输出阻抗不是远小于后级电路的输入阻抗时，两者之间需插接电压跟随器。因为电压跟随器的输入阻抗极高而输出阻抗极低，它插在两者之间，既给前级提供极高的输入阻抗，又给后级提高极低的输出阻抗，这样就能使前级馈送给后级的电压最大。如果前级电路的输出阻抗极低，或者后级的输入阻抗极高，也就是说，已经满足电压传输最大的条件，两者之间就无需再插接电压跟随器。
11、试述开关量输入输出通道的基本组成。
答：
开关量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成，如图
2-3-1所示。
开关量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成，如图2-3-4所示。
图2-3-1 图2-3-4
12、单元电路连接时要考虑哪些问题?
答：
组成测控系统的各单元电路选定以后，就要把它们相互连接起来，为了保证各单元电路连接起来后仍能正常工作，并彼此配合地实现预期的功能，就必须认真仔细地考虑各单元电路之间的级联问题，如：电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合等。
第3章
1、为什么常见的中小型微机化测控系统大多采用单片机?
答：
单片机是指将计算机的基本部件集成在一块芯片上而构成的微型计算机，单片机的优点是可靠性高、控制功能强、易扩展、体积小。用单片机开发各类微机化产品，周期短、成本低，在计算机和仪器仪表一体化设计中有着一般微机无法比拟的优势。正因为如此，目前常见的微机化测控系统、特别是中型测控系统和便携式测控仪器大多采用单片机。
2、指出图3-1-6中存贮器和I/O接口寻址范围。
答：
3、为什么803l单片机的引脚EA固定接低电平？
答：
因为803l单片机片内无ROM，故应将EA引脚固定接低电平，以迫使系统全部执行片外程序存储器程序。
4、假设给图3-2-2 ADC0809的模拟输入端加2.5V直流电压，试确定以下两种情况下80C51单片机P0.0和P0.1读取的A/D转换结果分别是“0”还是“1”？（1）V REF(+)=+5V，V REF(-)=0V；（2）V REF(+)=+5V，V REF(-)=-5V。
解：
（1）由题知，U R(+)=5V,U R(-)=0V,U X =2.5V,代入公式（3-2-1）或（3-2-2）计算得D 7～D 0=10000000。图3-2-2中P0.0=D 7=1 P0.1=D 6=0
(2) 由题知，U R(+)=5V,U R(-)=-5V,U X =2.5V,代入公式（3-2-1）计算得D 7～D 0=11000000。 图3-2-2中P0.0=D 7=1 P0.1=D 6=1
5、在一个由8031单片机与一片ADC0809组成的数据采集系统中，ADC0809的8个输入通道的地址为7FF8H ～7FFFH,试画出有关接口的电路图，并写出每隔1min 轮流采集一次8个通道数据的程序，共采样50次，其采样值存入片外RAM 中以2000H 单元开始的存储区中。
答：
接口电路可参见图3-2-2。 参考程序如下：
MAIN ： MOV R0，#20H
MOV R1，#00H
MOV R2，#00H
MOV R3，#50
MOV R7，#08H
LOOP ： MOV DPTR ，#7FF8H
LOOP1： MOVX @DPTR ，A
MOV R6，#0AH
DELAY ： NOP
NOP
NOP
DJNZ R6，DELAY
MOVX A ，@DPTR
INC DPTR
MOV R2，DPL
MOV DPH ，R0
MOV DPL ，R1
MOVX @DPTR ，A
INC DPTR
MOV R0，DPH
MOV R1，DPL
MOV DPH ，#7FH
MOV DPL ，R2
DJNZ R7，LOOP1
LCALL DELAY1M ；延时1分钟（子程序另外编写）
DJNZ R3，LOOP
…………
6、图3-2-7所示VFC 接口电路所能转换的模拟电压Ux 的最大允许值是多少?
解：
由公式（3-2-1）可得 )
2(160m S N f V x x -= 因1T 的最大计数值为FFH 即)12(16-，故模拟电压Ux 的最大允许值为
)
2()12(16160max m S f V x --= 7、仿照图3-3-4设计一个三路同步输出的D/A 转换接口电路并写出接口程序。
答：
8、串行ADC 与并行ADC 有何异同？串行DAC 与并行DAC 有何异同？
答：
串行ADC 与并行ADC 二者的模数转换原理相同，通常串行ADC 是在并行ADC 之后加一个并-串转换电路构成的。串行DAC 与并行DAC 二者的数模转换原理相同，通常串行DAC 是在并行DAC 之前加一个串-并转换电路构成的。
9、说明图3-3-8的工作原理及其改进电路。
答：
图3-3-8的工作原理是，当单片机的P1.0为高电平时，继电器J 通电，使开关S 闭合，
交流接触器CJ通电，进而使三相电机得电运行。
上述电路的缺点是易引起强烈的干扰。一是继电器J的通断时触头产生电火花；二是接触器CJ通断时产生很强的电弧。采用固体继电器代替通用型继电器J，可消除接触器线圈通断时J触点的电火花，但接触器CJ动作触点的电弧干扰依然存在。彻底消除电火花和电弧的干扰，可以采用晶闸管组成的无触点开关。
10、LED显示接口与LCD显示接口有哪些相同点，有哪些不同点?
答：
相同点是：1、两种数字显示器都为7段(或8段)显示结构，因此也都有7个(或8个)段选端，并需接段驱动器；2、段驱动器所加段选码都要通过译码从要显示数字的BCD码转换得到，译码方式也有硬件译码和软件译码两种；3、多位显示的方式都有静态和动态两种方式。
不同点是：LCD数字显示器的公共电极与要显示的笔画电极之间不能加直流电压，只能加频率为几十赫到数百赫的方波信号，因此，LCD显示器的驱动接口需要提供该低频方波信号，而且其显示接口的译码驱动电路与LED显示接口的译码驱动电路也不同，二者不能通用。
11、LED静态显示和动态显示在硬件和软件上有哪些主要区别?
答：
多位LED显示器有静态显示和动态显示两种形式。静态显示就是各位同时显示。为此，各位LED数码管的位选端应连在一起固定接地(共阴极时)或接+5V(共阳极时)，每位数码管的段选端应分别接一个8位锁存器/驱动器。动态显示就是逐位轮流显示。为实现这种显示方式，各位LED数码管的段选端应并接在一起，由同一个8位I/O口或锁存器/驱动器控制，而各位数码管的位选端分别由相应的I/O口线或锁存器控制。
动态LED显示程序与静态LED显示程序设计有所不同，在动态显示方式中，各个位的内容是分时轮流输出的，要得到稳定的显示效果，必须不断重复执行显示程序。而在静态显示方式中，各个位的内容是同时输出的，不需要不断重复执行同一内容的显示程序，仅仅在需要更新显示内容时,CPU才执行一次显示更新子程序。
12、说明行列式（矩阵式）非编码键盘按键按下的识别原理
答：
按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上，无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低，则行线电平为低；列线的电平如果为高，则行线的电平亦为高。将行、列线信号配合起来并做适当的处理，就能确定闭合键即按下键的位置。
13、键盘有哪三种工作方式，它们各自的工作原理及特点是什么？
答：
（1）编程扫描方式：当单片机空闲时，才调用键盘扫描子程序，反复的扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或数据，来响应键盘的输入请求。（2）定时扫描工作方式：单片机对键盘的扫描也可用定时扫描方式，即每隔一定的时间对键盘扫描一次。（3）中断工作方式：只有在键盘有键按下时，才执行键盘扫描程序并执行该按键功能程序，如果无键按下，单片机将不理睬键盘。
14、何谓RS-232C的电平转换？
答：
RS-232C的逻辑电平与一般微处理器的逻辑电平（TTL电平）是不一致的，因此在实际应用时，必须把微处理器的信号电平(TTL电平)转换为RS一232C电平，或者将RS一232C电平转换为微处理器的信号电平(TTL电平)。这两种转换是用专用电平转换芯片实现的：MC14488可将TTL电平转换为RS一232C电平，MC14489可将RS一232C电平转换TTL电平。单片机的串行口通过电平转换芯片所形成的RS—232C标准接口电路如下图所示
15、RS-232C标准的接口信号有哪几类?说明常用的几根信号线的作用。
答：
RS-232C标准接口上的信号线基本上可分为四类：数据信号(4根)、控制信号(12根)、定时信号(3根)和地(2根)。常用的几根信号线是：
TXD ——“发送数据”、RXD ——“接收数据”、RTS ——“请求发送”、DSR ——“数据装置就绪”和信号地
16、试比较RS-232C与RS-422、RS-423连接方式和传输特性的主要差别。
答：
连接方式比较如下：
传输特性的主要差别：
第4章
1、何谓总线？在测控系统中应用总线技术有何好处？
答：所谓总线，就是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线的集合。这个集合定义了各引线的信号、电气、机械特性，可以组成系统的标准信息通道，把计算机和测控系统的各组成部分连成一个整体以便彼此间进行信息交换。
在现代测控系统中，各分系统或各单元模块间必然存在着信息的交换，这种信息交换必须借助于总线及总线接口部件。利用总线技术能够大大简化测控系统结构，增加系统的兼容性、开放性、可靠性和可维护性，便于实行标准化及组织规模化的生产，从而显著降低系统成本。
2、 测控总线包括哪些类型？
答：目前常用的测控总线是，与计算机相对独立的测控机箱底板总线、测控机箱与计算机互连总线及连接现场测控设备的现场总线。
3、 什么是VXI 总线？
答：VXI 总线是VME 总线在仪器领域的扩展，即VMEbus Extension for Instrumentation 的缩写。VXI 总线是在VME 计算机总线的基础上扩展的测控系统总线，也是当前性能最先进的测控系统机箱内部总线之一。
4、 什么是PXI 总线？
答：PXI 总线是PCI 总线在仪器领域的扩展，即PCI eXtensions for lnstrumentation 的缩写。是与VXI 总线并行的另一种模块式仪器总线标准。
5、 测控机箱与计算机互连的常见串行总线有哪些？
答：常见的串行总线有：RS-232C 、USB 总线、I EEE1394总线
6、 测控机箱与计算机互连的常见并行总线有哪些？
答：常见的并行总线有：GPIB （IEEE 488）总线、SCSI 总线、MXI 总线
7、 GPIB 是什么总线？何谓“讲者”、“听者”、“控者”？
答：GPIB(General Purpose Interface Bus) 是同时被IEC 和IEEE 组织正式承认的通用接口 总线，又称为IEEE 488总线。该标准总线在仪器、仪表及测控领域得到了最为广泛的应用，至今还是仪器、仪表及测控系统与计算机互连的主流并行总线。
控者是对系统进行控制的设备，它能发出接口消息，如各种命令、地址，也能接收仪器发来的请求和信息。讲者是发出仪器仪表消息的设备。听者是接收讲者所发出的仪器仪表消息的设备。
第5章
1、微机测控系统中为什么要对A/D 转换得到的测量数据进行处理？
答：
如果只考虑微机测控系统的“测量通道”中对测量数据有影响的环节，则测量数据的产生过程可简化为
可见，A/D 转换结果D 与被测量X 存在如下关系
FS
D E XSM q MU D /== 在理想情况下，只要知道标准输入X 1产生的测量数据D 1 ,我们就可从任一测量数据D 准确地推算出其对应的被测非电量X: D D X X 1
1=
然而，实际情况并没有这样简单。系统本身的参数S 、M 、E 可能会随时间漂移，传感器电压转换系数S 还可能随被测非电量变化也有微小变化即存在一定程度非线性，如果我们依然按照上式来简单地从测量数据推算被测非电量就必然产生误差。因此，我们必须对获得的测量数据进行必要的处理，消除误差因素，或者说进行误差校正，其目的就是尽可能准确地计算出实际的被测非电量。
2、试述零位误差和灵敏度误差的校正方法。
答：
零位误差的硬件校正方法是设置调零电位器和调零电路，常见的调零电路有：传感器调零电路、电桥调零电路、放大器输入偏移调零电路、A/D 转换器调零电路；灵敏度误差的硬件校正方法是调整传感器灵敏度、放大器放大倍数、A/D 转换器的基准电压等主要参数，但最常见的灵敏度调整方法还是调整决定放大器增益的电阻值。
线性测试系统零位误差和灵敏度误差的软件校正方法是按照误差校正公式1
21211)(D D X X D D X X ---+=编写专门的计算子程序，将最近执行“误差校准”操作获得的最新的校准数据(X 1、D 1)、(X 2、D 2)存入内存，每次测量后就调用该计算子程序，从输出读数D 计算出被测量X 。
3、为什么要切换量程?怎样实现量程切换?
答：
为了扩大测量范围并保持一定的测量精度，检测系统大多设置多个量程。普通测量仪表是用手动换档开关来切换量程，微机化测控系统应能自动进行量程切换。量程自动切换是实现自动测量的重要组成部分，它使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上，这样既能防止数据溢出和系统过载，又能保证一定的测量精度。
根据量程（上限）值的计算公式 SK
E x =max 要改变量程值，可以有改变传感器灵敏度S 、从传感器到A/D 间信号输入通道的总增益(即各放大器放大倍数及衰减器衰减系数的连乘积)K 、A/D 转换器基准（满度输入）电压E 三种方法，其中改变总增益K 的方法最常用。
4、在图5-5-1(d)中，什么情况下，A/D 转换数据可以直接送去显示?什么情况下不可以?为什么?
答：
只有适当选择和调整放大器增益K 使它满足以下条件： 1/0=FS
D E SK x 才可将A/D 转换结果直接送去显示。因为满足该条件时，A/D 转换结果D i 与被测量x i 的数值N i 相等，A/D 转换结果就可作为被测量的数值直接送去显示或打印。如果上述条件不满足，A/D 转换结果D i 与被测量x i 的数值N i 不相等，不可以直接作为被测量x i 的数值送去显示。
5、温度传感器量程范围是200～800℃，在某一时刻微处理器取样并经数字滤波后的数字量为CDH ，求此时的温度。
解：
温度传感器输出的是电压信号，微处理器取样并经数字滤波后的数字量是电压信号经模数转换后的数据，此数据与温度值是对应的，但在数字上并不相同。要从模数转换后的数据
求得温度的数字，需经过标度变换。
由题意可知，800=H N ，200=L N ，
满量程）
()255(D H FFH D ==，000==H D L ，D i CDH D )205(== 将以上数据代入公式（4-5-10），计算得此时的温度为
682)
0255()200800(=--?+=i L i D N N ℃ 微机调用按照公式（4-5-10）算法编制的软件程序计算出温度值，即可送显示器显示出来。
6、图5-5-1(d)中采用线性传感器和采用非线性传感器两种情况下，从A/D 转换数据计算出显示数据的方法一样吗?为什么?
答：
不一样。图5-5-1(d)中采用线性传感器的情况下，测量通道一般也是线性的，可以采用线性通道的标度变换方法，从A/D 转换数据计算出显示数据。图4-5-1(d)中采用非线性传感器的情况下，测量通道就不是线性的，在这种情况下测量通道的A/D 转换结果Di 与被测量xi 也就不成线性关系，因此就不能再用上述线性通道的标度变换方法，应该采用非线性通道的标度变换方法即非线性校正方法。
7、与硬件滤波器相比较，采用数字滤波方法来克服随机误差有何优点?
答：
与硬件滤波器相比较，采用数字滤波克服干扰，具有如下优点：节省硬件成本、可靠稳定、功能强、方便灵活，而且不会丢失原始数据。在模拟信号输入通道中使用的频率滤波难免滤去频率与干扰相同的有用信号，使这部分有用信号不能被转换成数据而存储或记录下来，即在原始数据记录上永久消失。由于数字滤波只是把已采集存储到存储器中的数据读出来进行数字滤波，只“读”不“写”就不会破坏采集得到的原始数据。
8、常用的数字滤波算法有哪些?它们各自对哪种干扰有效？
答：
常见的数字滤波方法有（1）算术平均滤波法：一般适用于具有随机干扰的信号的滤波。（2）移动平均滤波法：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差。（3）中位值滤波法：能有效地克服因偶然因素引起的波动干扰。对温度、液位等变化缓慢的被测参数能收到良好的滤波效果。但对流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用此法。（4）去极值平均值滤波法：算术平均与滑动平均滤波法，在脉冲干扰比较严重的场合，干扰将会“平均”到结果中去，故上述两种平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的误差，这时可采用去极值平均值滤波法。
第6章
1、试述P 、PI 、PD 控制规律的特点以及连续PID 算式离散化的方法。
答：
P 控制规律的特点是根据给定值与实现输出值的偏差的比例确定对控制对象进行控制的控制量，即0)()(u n e K n u P +=
PI 控制规律的特点是根据给定值与实现输出值的偏差的比例和积分确定对控制对象进
行控制的控制量，即00)()()(u i e T T K n e K n u n i I P P ++=∑=
PD 控制规律的特点是根据给定值与实现输出值的偏差的比例和微分确定对控制对象进行控制的控制量，即[]0)1()()()(u n e n e T
T K n e K n u D P P +--+= 连续PID 算式离散化处理的方法是把r(t),e(t),u(t),c(t)在第n 次采样时刻的数据分别用r(n),e(n),u(n),c(n)表示，偏差的数据用 e(n)=r(n)-c(n)表示，采样周期T 很小时，dt 可用T 近似代替，de(t)可用e(n)-e(n-1)近似代替，“积分”用“求和”近似代替，即可作如下近似
T
n e n e dt t de )1()()(--≈ ∑?=≈n
i t T i e dt t e 00)()( 这样，连续PID 算式便可离散化为以下差分方程
[]00)1()()()()(u n e n e T
T K i e T T K n e K n u D P n i I P P +--++=∑= 2、位置型PID 和增量型PID 有什么区别和联系？增量型PID 有什么优点？
答：
位置型PID 和增量型PID 控制算法的两种表达式分别为：
位置型算法 []00)1()()()()(u n e n e T T i e T T n e K n u D n i I P +?
?????--+
+=∑= 增量型算法 )2()1()()(210-+-+=?n e a n e a n e a n u
利用增量型算法，可得出位置型算法的递推形式
)2()1()()1()1()()(210-+-++-=-+?=n e a n e a n e a n u n u n u n u
增量型算法与位置型算法相比，具有以下优点：
(1)增量型算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，计算误差或计算精度问题对控制量的计算影响较小。而位置型算法要用到过去的误差的累加值，容易产生大的累加误差。
(2)增量型算法得出的是控制量的增量，例如阀门控制中，只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。
(3)采用增量型算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。
3、已知某模拟控制器的传递函数S
S S D 05.015.01)(+=，欲用数字PID 实现之，设采样周期s T 1=，试分别写出相应的位置型和增量型PID 算法表达式。
解：
本题给出的传递函数为
S S
S E S U S D 1.005.011)()()(++== 将本题给出的传递函数与公式（5-1-3）对比可知，该模拟控制器的1=P K ，
s T I 05.0=，s T D 1.0=，又已知s T 1=，将这些参数代入公式（5-1-7）得位置型PID 算法表达式
[]00)1()(1.0)(20)()(u
n e n e i e n e n u n i +--?++=∑=
将这些参数代入公式（5-1-18）得1.210=a ，2.11-=a ，1.02=a ，再代入公式（5-1-17）得位置型PID 算法表达式
)2(1.0)1(2.1)(1.21)(-+--=?n e n e n e n u
4、完全微分型PID 算式有何不足之处?为什么可采用不完全微分型算式来克服？ 答：
由图5-2-2（b ）可见，完全微分型PID 算式的不足之处是，在阶跃输入的作用下，微分项输出急剧增加，接着又急剧下降为零，因此容易引起控制过程的振荡，导致调节品质下降。为了克服这一缺点，可采用不完全微分型算法。由图5-2-2（d ）可见，采用不完全微分算法控制时，微分作用产生的输出是按指数规律逐渐下降的，最终衰减为零，因而系统输出变化比较缓慢，不易引起振荡。
5、何谓积分饱和?其影响如何?具体说明防止积分饱和的方法。
答：
积分作用虽能消除控制系统的静差，但它也有一个副作用，即会引起积分过量。这是由于在偏差始终存在的情况下，输出u(n)将达到上、下极限值。此时虽然对u(n)进行了限幅，但积分项)(n u I 仍在累加，从而造成积分过量。当偏差方向改变后，因积分项的累积值很大，超过了输出值的限幅范围，故需经过一段时间后，输出u(n)才脱离饱和区。这样就造成调节滞后，使系统出现明显的超调，恶化调节品质。这种由积分项引起的过积分作用称为积分饱和现象。
防止积分饱和的方法有三种：
1）积分限幅法 积分限幅法的基本思想是当积分项输出达到输出限幅值时，即停止积分项的计算，这时积分项的输出取上一时刻的积分值。
2）积分分离法 积分分离法的基本思想是在偏差大时不进行积分，仅当偏差的绝对值小于一预定的门限值ε时才进行积分累积。这样既防止了偏差大时有过大的控制量，也避免了过积分现象。
3）变速积分法 变速积分法的基本思想是在偏差较大时积分慢一些，作用相对弱一些；而在偏差较小时，积分快一些，作用强一些，以尽快消除静差。
6、在数字PID 中，采样周期是如何确定的？选择采样周期应考虑哪些因素？
答：
依据采样定理，采样周期的上限值，应为信号频率组分中最高频率分量的周期的一半。若采样周期T 大于此上限值，便会丢失部分信息，从而使控制质量变差。
一般来说，采样周期的下限值应是微机执行控制程序所需的时间。
实际采样周期T应在上下限之间选择，选择时应综合考虑如下一些因素：
1）给定值的变化频率
加到被控对象上的给定值变化频率越高，采样频率应越高，即T应越小，以使给定值的改变通过采样迅速得到反映，而不致在随动控制中产生大的时延。
2）被控对象的特性
若对象是慢速的热工或化工对象时，T一般取得较大。在对象变化较快的场合，T应取得较小。另外尚需考虑干扰的情况，从系统抗干扰的性能要求来看，要求采样周期短，使扰动能迅速得到校正。
3）使用的算式和执行机构的类型
采样周期太小，会使积分作用、微分作用不明显。同时，因受微机计算精度的影响，当采样周期小到一定程度时，前后两次采样的差别反映不出来，使调节作用因此而减弱。此外，执行机构的动作惯性大，采样周期的选择要与之适应，否则执行机构来不及反应数字控制器输出值的变化。
4）控制的回路数
一般来讲，考虑到计算机的工作量和各个调节回路的计算成本，要求控制的回路较多时，相应的采样周期越长，以使每个回路的调节算法都有足够的时间来完成。
第7章
1、监控程序主要由哪些模块组成？
答：
监控程序的组成主要取决于测控系统的组成规模，以及系统的硬件配备与功能。通常由监控主程序、初始化管理、键盘管理、显示管理、中断管理、时钟管理、自诊断、手-自动控制等模块组成。
2、试述一键一义键盘管理的实现方法。
答：
一键一义即一个按键代表一个确切的命令或一个数字，编程时只要根据当前按键的编码把程序直接转移到相应的处理模块的入口，而无需知道在此以前的按键情况。
键盘信号的获得有三种方法：第一种是单纯查询法。主程序用扫描键盘等手段来获取键盘信息。微处理器(机)周而复始地扫描键盘，当发现按键时，首先判别是命令键还是数字键，若是数字键，则把按键读数读入存储器，通常还进行显示；若是命令键，则根据按键读数查阅转移表，以获得处理子程序的入口。处理子程序执行完后继续扫描键盘。第二种办法是中断方法，按下任何键都引起一个中断请求，键码分析过程放在中断子程序中，这种方法需独自占用一个外部中断源。第三种办法是定时查询方法，每隔一定时间查询一次键盘，由于时间间隔通常很短，对于操作者来说键盘的响应是实时的，键盘的查询过程安排在定时中断程序中完成。
3、何谓中断？何谓中断源？单片机测控系统中常见的中断源有哪些?设置中断优先级的目的是什么
答：
所谓中断是指CPU在正常运行程序时，由于出现了内部或外部事件或者是程序事先安排的事件，使得CPU中止正在运行的程序而转去执行事件服务的程序，待处理完毕后，返回到被暂时中断的程序接着往下执行，这个过程称为中断。能够发出中断请求信号的外设或事件称为中断源。微机化测控系统中常见的中断源有：过程通道、实时时钟、面板按键、通信接口、系统故障。
在实际系统中往往有两个以上的中断源，设计者要根据测控系统的功能特点，确定多个
中断源的优先级，以便区别轻重缓急在软件上作出相应处理。通常，当多个中断源同时提出申请时，主机要识别出哪些中断源在申请中断，辨别和比较它们的优先级，优先响应级别高的中断请求。另外，当CPU在处理中断时，还要能响应更高级的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的中断请求。这就要求设计者精心安排多中断源的级别及响应时间，使次要工作不致影响主要工作。
4、在微机化测控系统中实现定时的方法有哪几种？
答：
有三种。1）硬件方法，是采用可编程定时/计数器接口电路(如CTC 8253)以及单片机内的定时电路；2）软件方法，是执行一段预先编制好的延时子程序；3）软件与硬件相结合的方法。
5、如何实现手动操作以及手—自动之间的无扰动切换?
答：
微机化控制系统的基本工作方式是自动控制。但在系统调试、测试和系统投运时，往往要用手操方式来调整输出控制值。在手操方式时，系统的自动控制功能暂停，改由面板上的输出加、减两键来调整输出值。在进行手-自动切换时，必须保证无扰动。为了实现无扰动切换，软件设计人员要在用户RAM区中开辟一个输出控制值单元，作为当前输出控制量的映象，无论是手操还是自动控制，都是对这一输出值的映象单元进行加或减，在输出模块程序作用下，输出通道把此值送到执行机构上去。这样就用极其简单的方法实现了无扰动切换。
6、为什么微机化测控系统要具备自检功能?自检方式有哪几种?常见自检内容有哪些?
答：
自检就是利用事先编制的程序对测控系统的主要部件进行自动检测，以确定是否有故障以及故障的内容和位置。自检是微机化测控系统应具备的基本功能之一，也是提高可靠性和可维护性的重要手段之一。
一般地讲，故障诊断的基本原理是对被测部件输入一串数据——试验数据，然后观察相应的输出数据，并对观察结果进行分析，确定故障的内容和位置。试验数据、观察到的结果数据和故障的对应关系应在故障诊断前准备好。
微机化测控系统的自检方式可分为三种类型：开机自检（在电源接通或系统复位之后进行）、周期性自检（运行过程中，间断插入自检操作）、键盘自检（面板上设“自检”按键，当用户对系统的可信度发出怀疑时，便通过该键来启动一次自检过程）。
一般来说，常见自检内容包括ROM、RAM、总线、显示器、键盘以及测量电路等部件的检测。测控系统能够进行自检的项目越多，使用和维修就越方便，但相应的硬件和软件也越复杂。
第8章
1、电路输入阻抗高，是否容易接收高频噪声干扰?为什么?
答：
电路输入阻抗高，是容易接收高频噪声干扰。因为电路所接收的高频噪声干扰的电压与噪声干扰的频率成正比，与电路的输入阻抗成正比。
2、接地方式有几种?各适用于什么情况?
答：
接地方式有单点接地（串联单点接地和并联单点接地）和多点接地两种方式。
单点接地主要用于低频系统，不能用于高频信号系统。因为这种接地系统中地线一般都比较长，在高频情况下，地线的等效电感和各个地线之间杂散电容耦合的影响是不容忽视的。当地线的长度等于信号波长(光速与信号频率之比)的奇数倍时，地线呈现极高阻抗，变成一
个发射天线，将对邻近电路产生严重的辐射干扰。
多点接地方式多用于高频系统。多点接地不能用在低频系统中，因为各个电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产生公共阻抗耦合噪声。
3、信号传输线屏蔽层接地点应怎样选择?
答：
当放大器接地而信号源浮地时，屏蔽层的接地点应选在放大器的低输入端，此时出现在放大器输入端之间的噪声电压几乎为零。当信号源接地而放大器浮地时，信号传输线的屏蔽应接到信号源的低端，此时出现在放大器输入端之间的噪声电压几乎为零。
4、何谓“接地环路”?它有什么危害?应怎样避免?
答：
当信号源和系统地都接大地时，两者之间构成的环路称为接地环路，如下图所示, 通常信号源和系统之间的距离可达数米至数十米，由于大地电阻和地电流的影响，将
使这两个接地点之间存在电位差——地电压G V 。由等效电路下图（b ）可见，地电压G V 在系统的两输入端将形成干扰电压N V ，而且N V 大小几乎接近G V ，因此其影响不可忽略。
为了避免形成接地环路产生干扰，应改为一点接地，并保持信号源与地隔离，如上图（a ）所示。图中Rsg 为信号源对地的漏电阻，由等效电路上图（b ）可见，由于Rsg 非常大，地电压G V 在系统的两输入端将形成干扰电压N V 将远远小于G V ，比信号源接地时的干扰电压大有改善。
此外，也可采用隔离变压器、纵向扼流圈、光电耦合器来切断接地环路。
5、屏蔽有哪几种类型?屏蔽结构有哪几种形式?
答：
屏蔽有三种类型：静电屏蔽、电磁屏蔽、磁屏蔽。静电屏蔽是，用一个金属屏蔽盒罩住被干扰的电路（或干扰源），且将金属盒接地，以消除外部的静电干扰（或抑制干扰源对外部
的干扰）。电磁屏蔽是，用低内阻的金属材料制成屏蔽罩罩住被干扰的电路，外部高频电磁场在导电性能良好的金属屏蔽罩内产生涡电流，该涡电流产生的反磁场可抵消高频干扰磁场，从而达到电磁屏蔽的目的。磁屏蔽是，用高导磁材料(例如玻莫合金)制成屏蔽罩，使低频磁场干扰的磁力线大部分在屏蔽罩内构成回路，泄漏到屏蔽罩外的干扰磁通就很少，从而达到抑制低频磁场干扰的目的。
屏蔽结构形式主要有屏蔽罩、屏蔽栅网、屏蔽铜箔、隔离仓和导电涂料等。
6、为什么长线传输大都采用双绞线传输?
答：
在远距离信号传输的情况下，如果采取单线传输单端对地输入的方式，那么传输线上的感应干扰电压Un 和地电压Um 都会与被测信号Us 相串联，形成差模干扰。为了避免这种后果，通常远距离信号传输采取双线传输双端差动输入的方式，而且为了实现双线平衡传输，通常采用双绞线。由于双线绞合较紧，各方面处于基本相同的条件，因此有很好的平衡特性。而且双绞线对电感耦合噪声有很好的抑制作用。
7、为什么光电耦合器具有很强的抗干扰能力?采用光电耦合器时，输入和输出部分能否共用电源?为什么?
答：
光耦合器由一只发光二极管和一只光电晶体管装在同一密封管壳内构成。发光二极管把电信号转换为光信号，光电晶体管把光信号再转换为电信号，这种“电—光—电”转换在完全密封条件下进行，不会受到外界光的影响。由于信号传递是靠光传递，切断了两个电路之间电的联系，因此两电路之间的地电位差就再不会形成干扰了。
光电耦合器的数字电路光耦合器的输入阻抗很低，一般在100Ω～1000Ω之间，而干扰源的内阻一般很大，通常为6
510~10Ω。根据分压原理可知，这时能馈送到光电耦合器输入端的噪声自然很小。即使有时干扰电压的幅度较大，但所能提供的能量很小，只能形成微弱的电流。而光耦合器的发光二极管只有通过一定强度的电流才能发光，光电晶体管也只在一定光强下才能工作，因此，即使电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉。
光耦合器的输入端与输出端的寄生电容极小，一般仅为0.5～2PF ，而绝缘电阻又非常大，通常为131110~10Ω，因此光耦合器一边的各种干扰噪声都很难通过光耦合器馈送到另一边去。
在光电耦合器的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源，如果两端共用一个电源，则光电耦合器的隔离作用将失去意义。
8、什么叫“共地”?什么叫“浮地”?各有何优缺点?
答：
如果系统地与大地绝缘，则该系统称为浮地系统。浮地系统的系统地不一定是零电位。如果把系统地与大地相连，则该系统称为共地系统，共地系统的系统地与大地电位相同。这里所说的“大地”就是指地球。
常用的工业电子控制装置宜采用共地系统，它有利于信号线的屏蔽处理，机壳接地可以免除操作人员的触电危险。浮地的优点是明显地加大系统的信号放大器公共线与地(或外壳)之间的阻抗，阻断干扰电流的通路，减少了共模干扰电流。缺点是设备不与大地连接，容易出现静电积累现象，增加操作人员的触电危险。
9、何谓“共模干扰”?何谓“差模干扰”?应如何克服?
答：
“共模干扰”是相对于公共的电位基准点，在系统的接收电路的两个输入端上同时出现的干扰。“差模干扰”是指能够使接收电路的一个输入端相对于另一输入端产生电位差的干扰。由于这种干扰通常与输入信号串联，因此也称之为“串模干扰”。
在电路两个输入端对地之间出现的共模噪声电压cm U ，将在输出端形成与输出信号电压os U 存在的形式相同的电压on U ，其值为 CMRR
K U K U U d cm c cm on ?=?= 由上式可见，要抑制共模干扰，必须从两方面着手，一方面要设法减少共模电压cm U ，另一方面要设法减少共模增益Kc 或提高共模抑制比CMRR 。抑制共模干扰主要技术有：接地技术、屏蔽技术、隔离技术、浮置技术、浮动电容切换法等。
抑制差模干扰的主要技术有：频率滤波法、积分法、电平鉴别法、脉宽鉴别法等。
10、如何抑制来自电源与电网的干扰?
答：
采用电源滤波和退耦技术、采用不间断电源和开关式直流稳压电源、系统分别供电和采用电源模块单独供电、供电系统馈线要合理布线。
11、在印制电路板上用地线隔开输入与输出线能抑制干扰吗?为什么?
答：
能。由于输出线平行于输入线，存在寄生电容，将引起寄生耦合。输入线和输出线用地线隔开后，起到屏蔽作用，消除了寄生电容和寄生反馈，因此这种布线形式能抑制干扰。
12、何谓软件抗干扰技术?它包括哪些方法?
答：
软件抗干扰技术是采样软件的方法消除信号受到的干扰或（和）在系统受干扰后使系统恢复正常运行。软件抗干扰技术包括两方面主要内容，其一是采取软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声对数据采集结果的影响，如数字滤波器技术；其二是由于干扰而使运行程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环时，采取使程序纳入正规的措施，如软件冗余、软件陷阱、“看门狗”技术。这些方法可以用软件实现，也可以采用软件硬件相结合的方法实现。
13、何谓“指令冗余”？何谓“软件陷阱”?
答：
为了使“乱飞”程序在程序区迅速纳入正轨，应该多用单字节指令，并在关键地方人为地插入一些单字节指令NOP ，或将有效单字节指令重写，称之为“指令冗余”。
“软件陷阱”就是用引导指令强行将捕获到的乱飞程序引向复位入口地址0000H ，在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。
14、何谓“看门狗”技术?有哪些实现方法?
答：
PC 受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环”。为使失控的程序摆脱“死循环”的困境，通常采用“看门狗”技术(Watchdog)。“看门狗”技术(Watchdog)实质上是程序监视技术。测控系统的应用程序往往采用循环运行方式，每一次循环的时间基本固定。“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H 入口，在0000H 处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正规。
“看门狗”技术既可由硬件实现，也可由软件实现，还可由两者结合来实现。
第9章
1、微机测控系统设计的基本要求有哪些?
答：
基本要求有：达到或超过技术指标，尽可能提高性能价格比，适应环境、安全可靠，便于操作和维护。
2、研制一台微机测控系统大致分为几个阶段
答：
研制一台微机化测控系统大致分为三个阶段：确定任务、拟制系统方案，硬件和软件的研制，联机总调、性能测定。
3、目前多数微机测控系统采用几位微处理器?为什么？
答：
目前多数微机测控系统采用8位微处理器。因为8位微处理器既可用于数据处理，也可用于控制。适应范围广，价格也不高，故为目前多数微机测控系统所采用。
4、怎样选择元器件?
答：
选择元器件时一般要注意如下几点：
1）要根据元器件所在电路对该器件的技术要求来选择元器件，在满足技术要求的前提下尽可能选择价格低的元器件。
2）尽可能选用集成组件而不选用分立元件以便简化电路，减少体积，提高可靠性。
3）为减少电源种类，尽可能选用单电源供电的组件，避免选用要求特殊供电的组件。对只能采用电池供电的场合，必须选用低功耗器件。
4）元器件的工作温度范围应大于所使用环境的温度变化范围。
5）系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。
5、简要叙述硬件研制过程和软件研制过程。
答：
大学电磁学习题1 一.选择题(每题3分) 1、如图所示,半径为R 的均匀带电球面,总电荷为Q ,设无穷远处的电势 为零,则球内距离球心为r 的P 点处的电场强度的大小与电势为: (A) E =0,R Q U 04επ= . (B) E =0,r Q U 04επ=. (C) 204r Q E επ=,r Q U 04επ= . (D) 204r Q E επ=,R Q U 04επ=. ［ ］ 2、一个静止的氢离子(H +)在电场中被加速而获得的速率为一静止的氧离子(O + 2)在同一电场中且通过相同的路径被加速所获速率的: (A) 2倍. (B) 22倍. (C) 4倍. (D) 42倍. ［ ］ 3、在磁感强度为B 的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ,S 边线所在平面的法线方向单位矢量n 与B 的夹角为α ,则通过半球面S 的磁通量(取弯面 向外为正)为 (A) πr 2B . 、 (B) 2 πr 2B . (C) -πr 2B sin α. (D) -πr 2B cos α. ［ ］ 4、一个通有电流I 的导体,厚度为D ,横截面积为S ,放置在磁感强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直于导体的侧表面,如图所示.现测得导体上下两面电势差为V ,则此导体的 霍尔系数等于 (A) IB VDS . (B) DS IBV . (C) IBD VS . (D) BD IVS . (E) IB VD . ［ ］ 5、两根无限长载流直导线相互正交放置,如图所示.I 1沿y 轴的正方向,I 2沿z 轴负方向.若载流I 1的导线不能动,载流I 2的导线可以 自由运动,则载流I 2的导线开始运动的趋势就是 (A) 绕x 轴转动. (B) 沿x 方向平动. (C) 绕y 轴转动. (D) 无法判断. ［ ］ y z x I 1 I 2
一、填空题（每小题2分，共20分） 1、 一无限长均匀带电直线，电荷线密度为η，则离这带电线的距离分别为1r 和2r 的两点之间的电势差是（ ）。 2、在一电中性的金属球内，挖一任意形状的 空腔，腔内绝缘地放一电量为q 的点电荷， 如图所示，球外离开球心为r 处的P 点的 场强（ ）。 3、在金属球壳外距球心O 为d 处置一点电荷q ，球心O 处电势（ ）。 4、有三个一段含源电路如图所示， 在图（a ）中 AB U =( )。 在图（b ）中 AB U =( )。 在图（C ）中 AB U =( )。 5、载流导线形状如图所示，(虚线表示通向无穷远的直导线)O 处的磁感应强度的大小为（ ） 6、在磁感应强度为B 的水平方向均匀磁场中，一段质量为ｍ，长为Ｌ的载流直导线沿 竖直方向从静止自由滑落，其所载电流为Ｉ，滑动中导线与B 正交，且保持水平。则导线 下落的速度是（ ） 7、一金属细棒OA 长为L ，与竖直轴OZ 的夹角为θ，放在磁感 应强度为B 的均匀磁场中，磁场方向如图所示，细棒以角速度ω 绕OZ 轴转动（与OZ 轴的夹角不变 ），O 、A 两端间的电势差 （ ）。 8、若先把均匀介质充满平行板电容器，（极板面积为S 为r ε）然后使电容器充电至电压U 。在这个过程中，电场能量的增量是（ ）。 9、 B H r μμ= 01 只适用于（ ）介质。 10、三种理想元件电压电流关系的复数形式为（ ）， （ ）， （ ）。 一、选择题（每小题2分，共20分） 1、在用试探电荷检测电场时，电场强度的定义为：0q F E = 则（ ） （A ）E 与q o 成反比 B ) (a A 2 R R r B ) (c A B r ()b R I O A
一、单选题 1、如果通过闭合面S的电通量 e 为零，则可以肯定 A、面S内没有电荷 B 、面S内没有净电荷 C、面S上每一点的场强都等于零 D 、面S上每一点的场强都不等于零 2、下列说法中正确的是 A 、沿电场线方向电势逐渐降低B、沿电场线方向电势逐渐升高 C、沿电场线方向场强逐渐减小 D、沿电场线方向场强逐渐增大 3、载流直导线和闭合线圈在同一平面内，如图所示，当导线以速度v 向v 左匀速运动时，在线圈中 A 、有顺时针方向的感应电流 B、有逆时针方向的感应电 C、没有感应电流 D、条件不足，无法判断 4、两个平行的无限大均匀带电平面，其面电荷密度分别为和， 则 P 点处的场强为 A、 B 、 C 、2 D、 0 P 2000 5、一束粒子、质子、电子的混合粒子流以同样的速度垂直进 入磁场，其运动轨迹如图所示，则其中质子的轨迹是 12 A、曲线 1 B、曲线 23 C、曲线 3 D、无法判断 6、一个电偶极子以如图所示的方式放置在匀强电场 E 中，则在 电场力作用下，该电偶极子将 A 、保持静止B、顺时针转动C、逆时针转动D、条件不足，无法判断 7q 位于边长为a 的正方体的中心，则通过该正方体一个面的电通量为 、点电荷 A 、0 B 、q q D 、 q C、 6 0400 8、长直导线通有电流I 3 A ，另有一个矩形线圈与其共面，如图所I 示，则在下列哪种情况下，线圈中会出现逆时针方向的感应电流？ A 、线圈向左运动B、线圈向右运动 C、线圈向上运动 D、线圈向下运动 9、关于真空中静电场的高斯定理 E dS q i，下述说法正确的是： S0 A.该定理只对有某种对称性的静电场才成立； B.q i是空间所有电荷的代数和； C. 积分式中的 E 一定是电荷q i激发的；
大学物理电磁学练习题 球壳，内半径为R 。在腔内离球心的距离为d 处（d R <），固定一点电荷q +，如图所示。用导线把球壳接地后，再把地线撤 去。选无穷远处为电势零点，则球心O 处的电势为[ D ] (A) 0 (B) 04πq d ε (C) 04πq R ε- (D) 01 1 () 4πq d R ε- 2. 一个平行板电容器, 充电后与电源断开, 当用绝缘手柄将电容器两极板的距离拉大, 则两极板间的电势差12U 、电场强度的大小E 、电场能量W 将发生如下变化：[ C ] (A) 12U 减小，E 减小，W 减小； (B) 12U 增大，E 增大，W 增大； (C) 12U 增大，E 不变，W 增大； (D) 12U 减小，E 不变，W 不变. 3．如图，在一圆形电流I 所在的平面内， 选一个同心圆形闭合回路L (A) ?=?L l B 0d ，且环路上任意一点0B = (B) ?=?L l B 0d ，且环路上 任意一点0B ≠ (C) ?≠?L l B 0d ，且环路上任意一点0B ≠ (D) ?≠?L l B 0d ，且环路上任意一点B = 常量. [ B ] 4．一个通有电流I 的导体，厚度为D ，横截面积为S ，放置在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体的侧表面，如图所示。现测得导体上下两面电势差为V ，则此导体的霍尔系数等于[ C ] (A) IB V D S (B) B V S ID (C) V D IB (D) IV S B D 5．如图所示，直角三角形金属框架abc 放在均匀磁场中，磁场B 平行于ab 边，bc 的长度为 l 。当金属框架绕ab 边以匀角速度ω转动时，abc 回路中的感应电动势ε和a 、 c 两点间的电势差a c U U -为 [ B ] (A)2 0,a c U U B l εω=-= (B) 2 0,/2a c U U B l εω=-=- (C)22 ,/2a c B l U U B l εωω=-= (D)2 2 ,a c B l U U B l εωω=-= 6. 对位移电流，有下述四种说法，请指出哪一种说法正确 [ A ] (A) 位移电流是由变化的电场产生的； (B) 位移电流是由线性变化的磁场产生的； (C) 位移电流的热效应服从焦耳——楞次定律； (D) 位移电流的磁效应不服从安培环路定理.
一、单选题 1、 如果通过闭合面S 的电通量e Φ为零，则可以肯定 A 、面S 内没有电荷 B 、面S 内没有净电荷 C 、面S 上每一点的场强都等于零 D 、面S 上每一点的场强都不等于零 2、 下列说法中正确的是 A 、沿电场线方向电势逐渐降低 B 、沿电场线方向电势逐渐升高 C 、沿电场线方向场强逐渐减小 D 、沿电场线方向场强逐渐增大 3、 载流直导线和闭合线圈在同一平面内，如图所示，当导线以速度v 向 左匀速运动时，在线圈中 A 、有顺时针方向的感应电流 B 、有逆时针方向的感应电 C 、没有感应电流 D 、条件不足，无法判断 4、 两个平行的无限大均匀带电平面，其面电荷密度分别为σ+和σ-， 则P 点处的场强为 A 、02εσ B 、0εσ C 、0 2εσ D 、0 5、 一束α粒子、质子、电子的混合粒子流以同样的速度垂直进 入磁场，其运动轨迹如图所示，则其中质子的轨迹是 A 、曲线1 B 、曲线2 C 、曲线3 D 、无法判断 6、 一个电偶极子以如图所示的方式放置在匀强电场 E 中，则在 电场力作用下，该电偶极子将 A 、保持静止 B 、顺时针转动 C 、逆时针转动 D 、条件不足，无法判断 7、 点电荷q 位于边长为a 的正方体的中心，则通过该正方体一个面的电通量为 A 、0 B 、0εq C 、04εq D 、0 6εq 8、 长直导线通有电流A 3=I ，另有一个矩形线圈与其共面，如图所 示，则在下列哪种情况下，线圈中会出现逆时针方向的感应电流？ A 、线圈向左运动 B 、线圈向右运动 C 、线圈向上运动 D 、线圈向下运动 9、 关于真空中静电场的高斯定理0 εi S q S d E ∑=?? ，下述说法正确的是： A. 该定理只对有某种对称性的静电场才成立； B. i q ∑是空间所有电荷的代数和； C. 积分式中的E 一定是电荷i q ∑激发的； σ - P 3 I
一、选择题：（每题3分） 1、均匀磁场的磁感强度B 垂直于半径为r 的圆面．今以该圆周为边线，作一半球面S ，则通过S 面的磁通量的大小为 (A) 2 r 2B ． (B) r 2B ． (C) 0． (D) 无法确定的量． ［ B ］ 2、在磁感强度为B 的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在平面的法线方向单位矢量n 与B 的夹角为 ，则通过半球面S 的磁通量(取弯面向外为正)为 (A) r 2B ． (B) 2 r 2B ． (C) - r 2B sin ． (D) - r 2B cos ． ［ D ］ 3、有一个圆形回路1及一个正方形回路2，圆直径和正方形的边长相等，二者中通有大小相等的电流，它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B 1 / B 2为 (A) 0.90． (B) 1.00． (C) 1.11． (D) 1.22． ［ C ］ 4、如图所示，电流从a 点分两路通过对称的圆环形分路，汇合于b 点．若ca 、bd 都沿环的径向，则在环形分路的环心处的磁感强度 (A) 方向垂直环形分路所在平面且指向纸内． (B) 方向垂直环形分路所在平面且指向纸外． (C) 方向在环形分路所在平面，且指向b ． (D) 方向在环形分路所在平面内，且指向a ． (E) 为零． ［ E ］ 5、通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状， 则P ，Q ，O 各点磁感强度的大小B P ，B Q ，B O 间的关系为： (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O ． (C) B Q > B O > B P ． (D) B O > B Q > B P ． ［ D ］ 6、边长为l 的正方形线圈，分别用图示两种方式通以电流I (其中ab 、cd 与正方 形共面)，在这两种情况下，线圈在其中心产生的磁感强度的大小分别为 (A) 01 B ，02 B ． (B) 01 B ，l I B 0222 ． (C) l I B 0122 ，02 B ． a
大学电磁学习题1 一．选择题（每题3分） 1.如图所示，半径为R 的均匀带电球面，总电荷为Q ，设无穷远处的电势为零，则球内距离球心为r 的P 点处的电场强度的大小和电势为： (A) E =0，R Q U 04επ= ． (B) E =0，r Q U 04επ= ． (C) 204r Q E επ= ，r Q U 04επ= ． (D) 204r Q E επ= ，R Q U 04επ=． ［ ］ 2.一个静止的氢离子(H +)在电场中被加速而获得的速率为一静止的氧离子(O +2)在同一电场中且通过相同的路径被加速所获速率的： (A) 2倍． (B) 22倍． (C) 4倍． (D) 42倍． ［ ］
3.在磁感强度为B ?的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在 平面的法线方向单位矢量n ?与B ? 的夹角为? ，则通过半球面S 的磁通量(取弯面向外为正)为 (A) ?r 2B ． . (B) 2??r 2B ． (C) -?r 2B sin ?． (D) -?r 2B cos ?． ［ ］ 4.一个通有电流I 的导体，厚度为D ，横截面积为S ，放置在磁感强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体的侧表面，如图所示．现测得导体上下两面电势差为V ，则此导体的霍尔系数等于 (A) IB VDS ． (B) DS IBV ． (C) IBD VS ． (D) BD IVS ． (E) IB VD ． ［ ］ 5.两根无限长载流直导线相互正交放置，如图所示．I 1沿y 轴的正方向，I 2沿z 轴负方向．若载流I 1的导线不能动，载流I 2的导线可以自由运动，则载流I 2的导线开始运动的趋势 ? y z x I 1 I 2
长沙理工大学考试试卷 一、选择题：（每题3分，共30分） 1. 关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是： （Ａ）如果高斯面上E 处处为零，则该面内必无电荷。 （Ｂ）如果高斯面内无电荷，则高斯面上E 处处为零。 （Ｃ）如果高斯面上E 处处不为零，则该面内必有电荷。 （Ｄ）如果高斯面内有净电荷，则通过高斯面的电通量必不为零 （E ）高斯定理仅适用于具有高度对称性的电场。 [ ] 2. 在已知静电场分布的条件下，任意两点1P 和2P 之间的电势差决定于： （Ａ）1P 和2P 两点的位置。 （Ｂ）1P 和2P 两点处的电场强度的大小和方向。 （Ｃ）试验电荷所带电荷的正负。 （Ｄ）试验电荷的电荷量。 [ ] 3. 图中实线为某电场中的电力线，虚线表示等势面，由图可看出： （Ａ）C B A E E E >>，C B A U U U >> （Ｂ）C B A E E E <<，C B A U U U << （Ｃ）C B A E E E >>，C B A U U U << （Ｄ）C B A E E E <<，C B A U U U >> [ ] 4. 如图，平行板电容器带电，左、右分别充满相对介电常数为ε1与ε2的介质， 则两种介质内： （Ａ）场强不等，电位移相等。 （Ｂ）场强相等，电位移相等。 （Ｃ）场强相等，电位移不等。 （Ｄ）场强、电位移均不等。 [ ] 5. 图中，Ua-Ub 为： （Ａ）IR -ε （Ｂ）ε+IR （Ｃ）IR +-ε （Ｄ）ε--IR [ ] 6. 边长为a 的正三角形线圈通电流为I ，放在均匀磁场B 中，其平面与磁场平行，它所受磁力矩L 等于： （Ａ） BI a 221 （Ｂ）BI a 234 1 （Ｃ）BI a 2 （Ｄ）0 [ ]
《电磁学》练习题（附答案） 1. 如图所示，两个点电荷＋q 和－3q ，相距为d . 试求： (1) 在它们的连线上电场强度0=E ? 的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？ (2) 若选无穷远处电势为零，两点电荷之间电势U =0的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？ 2. 一带有电荷q ＝3×10- 9 C 的粒子，位于均匀电场中，电场方向如图所示．当该粒子沿水平方向向右方运动5 cm 时，外力作功6×10- 5 J ，粒子动能的增量为4.5×10- 5 J ．求：(1) 粒子运动过程中电场力作功多少？(2) 该电场的场强多大？ 3. 如图所示，真空中一长为L 的均匀带电细直杆，总电荷为q ，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d 的P 点的电场强度． 4. 一半径为 R 的带电球体，其电荷体密度分布为 ρ =Ar (r ≤R ) ， ρ =0 (r ＞R ) A 为一常量．试求球体内外的场强分布． 5. 若电荷以相同的面密度σ均匀分布在半径分别为r 1＝10 cm 和r 2＝20 cm 的两个同心球面上，设无穷远处电势为零，已知球心电势为300 V ，试求两球面的电荷面密度σ的值． (ε0＝8.85×10- 12C 2 / N ·m 2 ) 6. 真空中一立方体形的高斯面,边长a ＝0.1 m ，位于图中所示位 置．已知空间的场强分布为： E x =bx , E y =0 , E z =0． 常量b ＝1000 N/(C ·m)．试求通过该高斯面的电通量． 7. 一电偶极子由电荷q ＝1.0×10-6 C 的两个异号点电荷组成，两电荷相距l ＝2.0 cm ．把这电偶极子放在场强大小为E ＝1.0×105 N/C 的均匀电场中．试求： (1) 电场作用于电偶极子的最大力矩． (2) 电偶极子从受最大力矩的位置转到平衡位置过程中，电场力作的功． 8. 电荷为q 1＝8.0×10-6 C 和q 2＝－16.0×10- 6 C 的两个点电荷相距20 cm ，求离它们都是20 cm 处的电场强度． (真空介电常量ε0＝8.85×10-12 C 2N -1m -2 ) 9. 边长为b 的立方盒子的六个面，分别平行于xOy 、yOz 和xOz 平面．盒子的一角在坐标原点处．在 此区域有一静电场，场强为j i E ? ??300200+= .试求穿过各面的电通量． E ? q L q P
. 电磁学试题库 试题3 一、填空题（每小题2分，共20分） 1、带电粒子受到加速电压作用后速度增大，把静止状态下的电子加速到光速需要电压是（ ）。 2、一无限长均匀带电直线（线电荷密度为λ）与另一长为L ，线电荷密度为η的均匀带电直线AB 共面，且互相垂直，设A 端到无限长均匀带电线的距离为a ，带电线AB 所受的静电力为（ ）。 3、如图所示，金属球壳内外半径分别为a 和b ，带电量为Q ，球壳腔内距球心O 为r 处置一电量为q 的点电荷，球心O 点的电势（ 4、两个同心的导体薄球壳，半径分别为b a r r 和,其间充满电阻率为ρ的均匀介质（1）两球壳之间的电阻（ ）。（2）若两球壳之间的电压是U ，其电流密度（ ）。 5、载流导线形状如图所示，(虚线表示通向无穷远的直导线)O 处的磁感应强度的大小为（ ） 6、一矩形闭合导线回路放在均匀磁场中，磁场方向与回路平 面垂直，如图所示，回路的一条边ab 可以在另外的两条边上滑 动，在滑动过程中，保持良好的电接触，若可动边的长度为L ， 滑动速度为V ，则回路中的感应电动势大小（ ），方向（ ）。 7、一个同轴圆柱形电容器，半径为a 和b ，长度为L ，假定两板间的电压 t U u m ω=sin ,且电场随半径的变化与静电的情况相同，则通过半径为r （a 一.选择题（本大题15小题，每题2分） 第一章、第二章 1.在静电场中，下列说法中哪一个是正确的 [ ] (A)带正电荷的导体，其电位一定是正值 (B)等位面上各点的场强一定相等 (C)场强为零处，电位也一定为零 (D)场强相等处，电位梯度矢量一定相等 2.在真空中的静电场中，作一封闭的曲面，则下列结论中正确的是［］ (A)通过封闭曲面的电通量仅是面内电荷提供的 (B) 封闭曲面上各点的场强是面内电荷激发的 (C) 应用高斯定理求得的场强仅是由面内电荷所激发的 (D) 应用高斯定理求得的场强仅是由面外电荷所激发的 3.关于静电场下列说法中正确的是 [ ] (A)电场和试探电荷同时存在和消失 (B)由E＝F/q知道，电场强度与试探电荷成反比 (C)电场强度的存在与试探电荷无关 (D)电场是试探电荷和场源电荷共同产生的 4.下列几个说法中正确的是： [ ] (A)电场中某点场强的方向，就是将点电荷放在该点所受电场力的方向 (B)在以点电荷为中心的球面上，由该点电荷所产生的场强处处相同 (C)场强方向可由E=F/q定出，其中q为试验电荷的电量，q可正、可负， F为试验电荷所受的电场力 (D)以上说法全不对。 5.一平行板电容器中充满相对介电常数为的各向同性均匀电介质。已知介 质两表面上极化电荷面密度为，则极化电荷在电容器中产生的电 场强度的大小为 [ ] (A) 0εσ' (B) 02εσ' (C) 0εεσ' (D) ε σ' 6. 在平板电容器中充满各向同性的均匀电介质，当电容器充电后，介质中 D 、 E 、P 三矢量的方向将是 [ ] (A) D 与E 方向一致，与P 方向相反 (B) D 与E 方向相反，与P 方向一致 (C) D 、E 、P 三者方向相同 (D) E 与P 方向一致，与D 方向相反 7. 在一不带电荷的导体球壳的球心处放一点电荷，并测量球壳内外的场强分 布，如果将此点电荷从球心移到球壳内其它位置，重新测量球壳内外的场强分布，则将发现： [ ] (A) 球壳内、外场强分布均无变化 (B) 球壳内场强分布改变，球壳外的不变 (C) 球壳外场强分布改变，球壳内的不变 (D) 球壳内、外场强分布均改变 8. 一电场强度为E 的均匀电场，E 的方向与x 轴正向平行，如图所示，则通过 图中一半径为R 的半球面的电场强度通量为 [ ] (A) 2R E π；(B) 21 2 R E π； (C) 22R E π；(D ) 0。 9. 在静电场中，电力线为均匀分布的平行 直线的区域内，在电力线方向上任意两点的电场强度E 和电势U 相比较 [ ] (A) E 相同，U 不同 (B) E 不同，U 相同 (C) E 不同，U 不同 (D) E 相同，U 相同 高中物理电磁学练习题 一、在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确． 1．如图3-1所示，有一金属箔验电器，起初金属箔闭合，当带正电的棒靠近验电器上部的金属板时，金属箔张开．在这个状态下，用手指接触验电器的金属板，金属箔闭合，问当手指从金属板上离开，然后使棒也远离验电器，金属箔的状态如何变化?从图3-1的①～④四个选项中选取一个正确的答案．［］ 图3-1 Ａ．图①Ｂ．图②Ｃ．图③Ｄ．图④ 2．下列关于静电场的说法中正确的是［］ Ａ．在点电荷形成的电场中没有场强相等的两点，但有电势相等的两点 Ｂ．正电荷只在电场力作用下，一定从高电势向低电势运动 Ｃ．场强为零处，电势不一定为零；电势为零处，场强不一定为零 Ｄ．初速为零的正电荷在电场力作用下不一定沿电场线运动 3．在静电场中，带电量大小为ｑ的带电粒子（不计重力），仅在电场力的作用下，先后飞过相距为ｄ的ａ、ｂ两点，动能增加了ΔＥ，则［］Ａ．ａ点的电势一定高于ｂ点的电势 Ｂ．带电粒子的电势能一定减少 Ｃ．电场强度一定等于ΔＥ／ｄｑ Ｄ．ａ、ｂ两点间的电势差大小一定等于ΔＥ／ｑ 4．将原来相距较近的两个带同种电荷的小球同时由静止释放（小球放在光滑绝缘的水平面上），它们仅在相互间库仑力作用下运动的过程中［］Ａ．它们的相互作用力不断减少 Ｂ．它们的加速度之比不断减小 Ｃ．它们的动量之和不断增加 Ｄ．它们的动能之和不断增加 5．如图3-2所示，两个正、负点电荷，在库仑力作用下，它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动，以下说法正确的是［］ 图3-2 Ａ．它们所需要的向心力不相等 Ｂ．它们做圆周运动的角速度相等 Ｃ．它们的线速度与其质量成反比 Ｄ．它们的运动半径与电荷量成反比 6．如图3-3所示，水平固定的小圆盘Ａ，带电量为Ｑ，电势为零，从盘心处Ｏ由静止释放一质量为ｍ，带电量为＋ｑ的小球，由于电场的作用，小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的ｃ点，Ｏｃ＝ｈ，又知道过竖直线上的ｂ点时，小球速度最大，由此可知在Ｑ所形成的电场中，可以确定的物理量是［］ 图3-3 Ａ．ｂ点场强Ｂ．ｃ点场强 Ｃ．ｂ点电势Ｄ．ｃ点电势 7．如图3-4所示，带电体Ｑ固定，带电体Ｐ的带电量为ｑ，质量为ｍ，与绝缘的水平桌面间的动摩擦因数为μ，将Ｐ在Ａ点由静止放开，则在Ｑ的排斥下运动到Ｂ点停下，Ａ、Ｂ相距为ｓ，下列说法正确的是［］ 图3-4 Ａ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力最少做功2μｍｇｓ Ｂ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力做功μｍｇｓ Ｃ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能增加μｍｇｓ Ｄ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能减少μｍｇｓ 8．如图3-5所示，悬线下挂着一个带正电的小球，它的质量为ｍ、电量为ｑ，整个装置处于水平向右的匀强电场中，电场强度为Ｅ．［］ 图3-5 Ａ．小球平衡时，悬线与竖直方向夹角的正切为Ｅｑ／ｍｇ Ｂ．若剪断悬线，则小球做曲线运动 Ｃ．若剪断悬线，则小球做匀速运动 Ｄ．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动 9．将一个6Ｖ、6Ｗ的小灯甲连接在内阻不能忽略的电源上，小灯恰好正常发光，现改将一个6Ｖ、3Ｗ的小灯乙连接到同电源上，则［］ 理工大学考试试卷 一、选择题：（每题3分，共30分） 1. 关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是： （Ａ）如果高斯面上E 处处为零，则该面必无电荷。 （Ｂ）如果高aazxzzxxss 斯面无电荷，则高斯面上E 处处为零。 （Ｃ）如果高斯面上E 处处不为零，则该面必有电荷。 （Ｄ）如果高斯面有净电荷，则通过高斯面的电通量必不为零 （E ）高斯定理仅适用于具有高度对称性的电场。 [ ] 2. 在已知静电场分布的条件下，任意两点1P 和2P 之间的电势差决定于： （Ａ）1P 和2P 两点的位置。 （Ｂ）1P 和2P 两点处的电场强度的大小和方向。 （Ｃ）试验电荷所带电荷的正负。 （Ｄ）试验电荷的电荷量。 [ ] 3. 图中实线为某电场中的电力线，虚线表示等势面，由图可看出： （Ａ）C B A E E E >>，C B A U U U >> （Ｂ）C B A E E E <<，C B A U U U << （Ｃ）C B A E E E >>，C B A U U U << （Ｄ）C B A E E E <<，C B A U U U >> [ ] 4. 如图，平行板电容器带电，左、右分别充满相对介电常数为ε1与ε2的介质， 则两种介质： （Ａ）场强不等，电位移相等。 （Ｂ）场强相等，电位移相等。 （Ｃ）场强相等，电位移不等。 （Ｄ）场强、电位移均不等。 [ ] 5. 图中，Ua-Ub 为： （Ａ）IR -ε （Ｂ）ε+IR （Ｃ）IR +-ε （Ｄ）ε--IR [ ] 6. 边长为a 的正三角形线圈通电流为I ，放在均匀磁场B 中，其平面与磁场平行，它所受磁力矩L 等于： （Ａ）BI a 221 （Ｂ）BI a 234 1 （Ｃ）BI a 2 （Ｄ）0 [ ] 7. 如图，两个线圈P 和Q 并联地接到一电动势恒定的电源上，线圈P 的自感和电阻 分别是线圈Q 的两倍，线圈P 和Q 之间的互感可忽略不计，当达到稳定状态后， 线圈P 的磁场能量与Q 的磁场能量的比值是： （Ａ）4； （Ｂ）2； （Ｃ）1； （Ｄ）1/2 [ ] 8. 在如图所示的电路中，自感线圈的电阻为Ω10，自感系数为H 4.0，电阻R 为 Ω90，电源电动势为V 40，电源阻可忽略。将电键接通，待电路中电流稳 定后，把电键断开，断开后经过01.0秒，这是流过电阻R 的电流为： （Ａ）A 4。 （Ｂ）A 44.0。 （Ｃ）A 33.0。 （Ｄ）0 [ ] 9. 在感应电场中电磁感应定律可写成φdt d l d E l K -=?? ，式中K E 为感应电场的电场强度。此式表明： （Ａ）在感应电场中不能像对静电场那样引入电势的概念。 （Ｂ）闭合曲线l 上K E 处处相等。 （Ｃ）感应电场是保守力场。 （Ｄ）感应电场的电力线不是闭合曲线。 [ ] 10. 顺磁物质的磁导率： （Ａ）比真空的磁导率略小。 （Ｂ）比真空的磁导率略大。 （Ｃ）远小于真空的磁导率。 （Ｄ）远大于真空的磁导率。 [ ] 二、填空题（共30分） 1. (3分)M 、N 为静电场中邻近两点，场强由M 指向N ，则M 点的电位 于N 点的电位，负检验电荷在M 点的 电位能 于在N 点的电位能。 2.（5分）电容为C 的电容器浸没在相对介电常数为ε的油中，在两极板间加上电 压U ，则它充有电量 ，若电压增至5U ，这时充满油电容器的电容 为 。 3.（3分）如图，无限大带电平板厚度为d ，电荷体密度为ρ（设均匀带电），则 在板距中心O 为x 处的P 点的场强E = 。 电磁学试题库 试题8 一、 选择题（每小题2分，共20分） 1.边长为a 的正方形的顶点上放点电荷，如图，则p 点的场强大小为： 。 A 20a q πε B 2022a q πε C 20223a q πε D 2 03a q πε 2. R 、L 、C 串联接到一交流电机上，若发电机的频率增加，将会 使 。 A 感抗增加 B 阻抗增加 C 电流增加 D 阻抗不变 3.将二等长异径的圆柱形铝棒串联后接在直流电源上，则 。 A 通过棒的电流I 正比于棒的面积 B 棒中的j 与截面积成正比 C 棒内的 E 与截面积成正比 C 棒的电压与截面积成正比 4.在静电场中过高斯面S 的电通量为零，则 。 A S 上E 处处为零 B S 上E 处处不为零 C S 上E 处处E ⊥n D 只说明∮dE ·ds=0 5.一电子垂直射向一载流直导线，则该电子在磁场作用下将 。 A 沿电流方向偏转 B 沿电流的反方向偏转 C 不偏转 D 垂直于电流方向偏转 6.如图所示，金属杆aoc 以速度v 在均匀磁场中做切割磁力线运动， 如果oa=oc=L,那么杆的动生电动势为 。 A)ε=blv B)ε=blv sin θ C)ε=blv cos θ D)ε=blv (1+cos θ) 7.关于静电场下列说法正确的是 。 A 电场和试探电荷同时存在同时消失 B 由E=F/Q 知道，电场强度与试探电荷成反比 C 电场的存在与试探电荷无关， D 电场是试探电荷和场源电荷共同产生的 8.两个无限大平行平面均匀带电，电荷面密度均为+σ则图中三个区域内的场强是 A E Ⅰ=0, E Ⅱ= 0εσ, E Ⅲ=0, B E Ⅰ=0εσ, E Ⅱ=0 E Ⅲ=0 εσ q 2 q -θ c a o × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × v 大学物理电磁学考试试题及答案) 大学电磁学习题1 一．选择题（每题3分） 1.如图所示，半径为R 的均匀带电球面，总电荷为Q ，设无穷远处的电势为零，则球内距离球心为r 的P 点处 的电场强度的大小和电势为： (A) E =0，R Q U 0 4επ=． (B) E =0，r Q U 0 4επ=． (C) 204r Q E επ=，r Q U 0 4επ= ． (D) 2 04r Q E επ= ，R Q U 0 4επ=． ［ ］ 2.一个静止的氢离子(H +)在电场中被加速而获得 的速率为一静止的氧离子(O +2 )在同一电场中且通过相同的路径被加速所获速率的： (A) 2倍． (B) 22倍． (C) 4倍． (D) 42倍． ［ ］ 3.在磁感强度为B ? 的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在平面的法线方向单位矢量n ?与B ?的夹角为α ，则通过半球面S 的磁通量(取弯面向外为 正)为 (A) πr 2B ． . (B) 2 πr 2B ． (C) -πr 2B sin α． (D) -πr 2B cos α． ［ ］ 4.一个通有电流I 的导体，厚 度为D ，横截面积为S ，放置在磁感强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体的侧 表面，如图所示．现测得导体 上下两面电势差为V ，则此导体的霍尔系数等于 (A) IB VDS ． (B) DS IBV ． (C) IBD VS ． (D) BD IVS ． (E) IB VD ． ［ ］ 5.两根无限长载流直导线相互正交放置，如图所示．I 1沿y 轴的正方向，I 2沿z 轴负方向．若载流 I 1的导线不能动，载流I 2的导线可以自由运动，则载流I 2的导线开始运动的趋势是 (A) 绕x 轴转动． (B) 沿x 方向平 ? y z x I 1 I 2 电磁学试题库 试题3 一、填空题（每小题2分，共20分） 1、带电粒子受到加速电压作用后速度增大，把静止状态下的电子加速到光速需要电压是（ ）。 2、一无限长均匀带电直线（线电荷密度为λ）与另一长为L ，线电荷密度为η的均匀带电直线AB 共面，且互相垂直，设A 端到无限长均匀带电线的距离为a ，带电线AB 所受的静电力为（ ）。 3、如图所示，金属球壳外半径分别为a 和b ，带电量为Q ，球壳腔距球心O 为r 处置一电量为q 的点电荷，球心O 点的电势（ ） 4、两个同心的导体薄球壳，半径分别为b a r r 和,其间充满电阻率为ρ的均匀介质（1）两球壳之间的电阻（ ）。（2）若两球壳之间的电压是U ，其电流密度（ ）。 5、载流导线形状如图所示，(虚线表示通向无穷远的直导线)O 处的磁感应强度的大小为（ ） 6、一矩形闭合导线回路放在均匀磁场中，磁场方向与回路平 面垂直，如图所示，回路的一条边ab 可以在另外的两条边上滑 动，在滑动过程中，保持良好的电接触，若可动边的长度为L ， 滑动速度为V ，则回路中的感应电动势大小（ ），方向（ ）。 7、一个同轴圆柱形电容器，半径为a 和b ，长度为L ，假定两板间的电压 t U u m ω=sin ,且电场随半径的变化与静电的情况相同，则通过半径为r （a 电磁学试题库 试题1 一、填空题（每小题2分，共20分） 1、在正q 的电场中，把一个试探电荷由a 点移到b 点如图如示，电场力作的功（ ） 2、一无限长均匀带电直线（线电荷密度为λ）与另一长为L ，线电荷密度为η的均匀带电直线AB 共面，且互相垂直，设A 端到无限长均匀带电线的距离为a ，带电线AB 所受的静电力为（ ）。 3、导体在静电场中达到静电平衡的条件是（ ）。 4、电流的稳恒条件的数学表达式是（ ）。 5、一长螺线管通有电流I ，若导线均匀密绕，则螺线管中部的磁感应强度为（ ）端面处的磁感应强度约为（ ） 6、设想存在一个区域很大的均匀磁场，一金属板以恒定的速度V 在磁场中运动，板面与磁场垂直。（1）金属板中（ ）感应电流。磁场对金属板的运动（ ）阻尼作用。（2）金属板中（ ）电动势。（3）若用一导线连接金属两端，导线中（）电流。〔括号内填“无”或“有”〕 7、若先把均匀介质充满平行板电容器，（极板面积为S ，极反间距为L ，板间介电常数为r ε）然后使电容器充电至电压U 。在这个过程中，电场能量的增量是（ ）。 8、一无限长的载流圆柱体浸在无限大的各向同性的均匀线性的相对磁导率的r μ的磁介质中，则介质中的磁感应强度与真空中的磁感强度之比是（ ）。 9、电偶极子在外电场中的能量（ ）。 10、R ，L ，C 串联接到一交流电机上，若发电机的频率增加，将会使感抗（ ）。 二、选择题（每小题2分，共20分） 1、将一带电量为Q 的金属小球靠近一个不带电的金属导体时，则有( ) （A ）金属导体因静电感应带电，总电量为-Q ； （B ）金属导体因感应带电，靠近小球的一端带-Q ，远端带+Q ； （C ）金属导体两端带等量异号电荷，且电量q 一、选择题：（每题3分） 1、均匀磁场的磁感强度B 垂直于半径为r 的圆面．今以该圆周为边线，作一半球 面S ，则通过S 面的磁通量的大小为 (A) 2πr 2B ． (B) πr 2B ． (C) 0． (D) 无法确定的量． ［ B ］ 2、在磁感强度为B 的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在平面的法线方向单位矢量n 与B 的夹角为α ，则通过半 球面S 的磁通量(取弯面向外为正)为 (A) πr 2B ． (B) 2 πr 2B ． (C) -πr 2B sin α． (D) -πr 2B cos α． ［ D ］ 3、有一个圆形回路1及一个正方形回路2，圆直径和正方形的边长相等，二者中 通有大小相等的电流，它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B 1 / B 2为 (A) 0.90． (B) 1.00． (C) 1.11． (D) 1.22． ［ C ］ 4、如图所示，电流从a 点分两路通过对称的圆环形分路，汇合于b 点．若ca 、 bd 都沿环的径向，则在环形分路的环心处的磁感强度 (A) 方向垂直环形分路所在平面且指向纸内． (B) 方向垂直环形分路所在平面且指向纸外． (C) 方向在环形分路所在平面，且指向b ． (D) 方向在环形分路所在平面内，且指向a ． (E) 为零． ［ E ］ 5、通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状， 则P ，Q ，O 各点磁感强度的大小B P ，B Q ，B O 间的关系为： (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O ． (C) B Q > B O > B P ． (D) B O > B Q > B P ． ［ D ］ 6、边长为l 的正方形线圈，分别用图示两种方式通以电流I (其中ab 、cd 与正方 形共面)，在这两种情况下，线圈在其中心产生的磁感强度的大小分别为 (A) 01=B ，02=B ． (B) 01=B ，l I B π=0222μ． (C) l I B π=0122μ，02=B ． a 电磁学试题库 试题2 一、填空题（每小题2分，共20分） 1、 一无限长均匀带电直线，电荷线密度为η，则离这带电线的距离分别为1r 和2r 的两点之间的电势差是（ ）。 2、在一电中性的金属球内，挖一任意形状的 空腔，腔内绝缘地放一电量为q 的点电荷， 如图所示，球外离开球心为r 处的P 点的 场强（ ）。 3、在金属球壳外距球心O 为d 处置一点电荷q ，球心O 处电势（ ）。 4、有三个一段含源电路如图所示， 在图（a ）中 AB U =( )。 在图（b ）中 AB U =( )。 在图（C ）中 AB U =( )。 5、载流导线形状如图所示，(虚线表示通向无穷远的直导线)O 处的磁感应强度的大小为（ ） 6、在磁感应强度为B 的水平方向均匀磁场中，一段质量为ｍ，长为Ｌ的载流直导线沿 竖直方向从静止自由滑落，其所载电流为Ｉ，滑动中导线与B 正交，且保持水平。则导线 下落的速度是（ ） 7、一金属细棒OA 长为L ，与竖直轴OZ 的夹角为θ，放在磁感 应强度为B 的均匀磁场中，磁场方向如图所示，细棒以角速度ω 绕OZ 轴转动（与OZ 轴的夹角不变 ），O 、A 两端间的电势差 （ ）。 8、若先把均匀介质充满平行板电容器，（极板面积为S ，极反间距为L ，板间介电常数 为r ε）然后使电容器充电至电压U 。在这个过程中，电场能量的增量是（ ）。 9、 B H r μμ= 01 只适用于（ ）介质。 10、三种理想元件电压电流关系的复数形式为（ ）， （ ）， （ ）。 一、选择题（每小题2分，共20分） q O P r R I B ) (a A ε2 R R I r B ) (c A R I B r ()b R I O o A B θz 电磁学试题答案 一、填空题（每小题2分，共20分） 1. V 51056.2? 2. a L a +πεηλln 20 3. ??? ??++-πεb q Q a q r q 041 4. b a a b r r r r -πρ4 2r r r r r U a b b a ）（-ρ 5. R I 40μ 6. BLV a b → 7. t a b LU m ωωπcos ln 2 8. 03ε-P ρ 9. M B H ρρρ-=0μ 10. 900Ω 二.选择题（每小题2分，共20分） 1:C ;2:C;3:B;4:C;5:B;6:D;7:B;8:A;9:B;10:C 三、半径为R 的无限长直圆柱体内均匀带电，体电荷密度为ρ，求场强和电势的分布（以圆柱体的中心轴线作为电势的零参考点），并画出)(r E E =和)(r ?=?曲线。（12分） 解：由对称性和高斯定理，求得圆柱体内外的场强为 r电磁学练习题积累(含部分答案)
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