1．下述做法能改善空气质量的是( )
A．以煤等燃料作为主要生活燃料
B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代石化能源
C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D．限制使用电动车
解析：选B.煤的燃烧，汽车排放的尾气都会对空气造成污染，电动车是利用电能的，不会污染空气，对其限制与否与空气质量无关，关键是开发取代石化能源的物质，故B正确．
2．关于我国与世界各国电能开发利用的现状，下列说法正确的是( )
A．我国的发电以水力发电为主
B．我国的发电以火力发电为主
C．世界各国基本上以火力发电和水力发电为主
D．世界各国以核能发电为主
解析：选BC.目前世界各国的发电形式有火力发电、水力发电、风力发电、核能发电和太阳能发电等．各国的能源结构不同，发电形式的侧重点也有所不同．我国的发电以火力发电为主，火力发电量约占总发电量的71%，世界各国基本上以火力发电和水力发电为主．
3．图3－3－2是2010年我国能源消费结构的预测图，与2005年相比，2010年我国能源消费结构变化将是( )
图3－3－2
A．以清洁能源消费为主
B．可再生能源消费比重均有增加
C．水电消费大幅度下降
D．新能源消费增幅最大
解析：选B.从图中消费量比重看，2010年消费量比重最大的仍然是煤炭，从比2005年增长比重看，水电和其他可再生能源的比重都有所增加，答案为B.
4．(选做题)如图3－3－3所示的多个电路中，三相负载采用三角形接法的是( )
图3－3－3
解析：选BC.三个负载首尾相连接，每个负载均位于两个不同的相线之间的接法是三角形接法，而负载的一端连在一起，另一端连在三根相线上的接法是星形接法，图中B、C属于三角形接法，A、D属于星形接法．
图3－3－4
5．(2010年高考上海卷)中国馆、世博中心和主题馆等主要场馆，太阳能的利用规模达到了历届世博会之最，总发电装机容量达到4.6×103kW.设太阳能电池板的发电效率为18%，已知地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为1.353 kW，那么所使用的太阳能电池板的总面积为________m2.
解析：设太阳能电池板的总面积为S，根据题意有：1.353×0.18S＝4.6×103.解得S≈1.9×104(m2)．
答案：1.9×104
一、选择题
1．下列措施不符合节能减排的是( )
A．大力发展火力发电，解决电力紧张问题
B．在屋顶安装太阳能热水器为居民提供生活用热水
C．用石灰对煤燃烧后形成的烟气脱硫，并回收石膏
D．用杂草、生活垃圾等有机废弃物在沼气池中发酵产生沼气，作家庭燃气
解析：选A.目前世界各国基本上以火力发电和水力发电为主，火力发电污染严重而水力发电要受地域环境的限制，因此合理利用新能源发电将是大势所趋．
2．下列关于电能的说法正确的是( )
A．以电动机为特征的电气时代取代了以热机为标志的蒸汽时代，是人类社会的一大进步
B．电能安全、环保，没有任何污染
C．热机是把内能转化为电能的装置
D．电动机是把电能转化为机械能的动力装置
解析：选AD.在蒸汽时代，热机是标志性动力装置，而电能的开发和利用使人们进入了电气时代．电能使用时要注意安全，也并不是完全没有污染．热机是把内能转化为机械能的动力装置，而电动机是把电能转化为机械能的动力装置．
3．目前，世界各国基本上是以火力发电和水力发电为主．下列关于电能开发的说法正确的是( )
A．火力发电大量消耗不可再生能源，而且形成大量污染
B．水力发电优于火力发电，但受地域环境的限制
C．核能发电是当今世界各国最看好的一种发电方式
D．核能发电是一个备受争议的话题，在过去的10年中，核能发电已经从世界发展最快的发电形式沦为发展最慢的发电形式
解析：选ABD.火力发电消耗的是不可再生能源，而水力发电在这方面优于火力发电，但并不是所有地方都适合开展水力发电．核能发电由于其高成本和核污染而影响了人们对其发展前景的乐观判断．
4．太阳能是一种来自“天上”的理想能源，而地热能则是取自“地下”的能源．关于这两种发电方式，下列说法正确的是( )
A．太阳能发电卫生干净，不产生公害
B．太阳能发电的途径主要有两条：一是太阳热发电；另一种是太阳光发电
C．地热能是一种很理想的能源，我国已经开始在西藏等地开发利用
D．目前开发的地热资源主要是蒸汽型和热水型两类
解析：选ABCD.太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源．而且太阳能发电绝对干净，不产生污染．所以，太阳能发电是最理想的发电方式，地热能也是一种新能源，我国西藏羊八井地热发电站是我国建立的第一座地热发电站．
5．长岛风力发电场是山东省第一个商业化运营的风力发电场，一期风电项目是1994年4月经国家计划委员会批准立项的，1999年正式建成并网发电.2008年6月25日又正式实施了一期技改扩容工程．关于风力发电，下列说法正确的是( )
A．风力发电是把风的热能转化为电能
B．风力发电是把风的动能转化为电能
C．风力发电是环保项目
D．风力发电量目前在全世界发电量中占的比重很小，风能尚达不到为人类提供电能的技术要求
解析：选BC.空气流动形成风，风力发电是把风的动能转化为电能. 国际上直到20世纪80年代才开始建立示范风电场．风力发电有环保、资源丰富、可再生的优点，但风力发电量目前只占世界发电量的一小部分．
6．图3－3－5甲、乙是某类潮汐发电示意图．涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闸门(见图3－3－5甲)．落潮时开闸放水发电(见图3－3－5乙)．设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为(ρ海水取1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)( )
图3－3－5
A．2.6×104 kW B．5.2×104 kW
C．2.6×105 kW D．5.2×105 kW
解析：选B.由能量转化和守恒定律知海水减少的重力势能部分转化为电能，则
P＝＝代入数据可知，
P＝5.2×104 kW，选项B正确．
7．(2011年陕西师大附中检测)我省沙河抽水蓄能电站自2003年投入运行以来，在缓解用电高峰电力紧张方面，取得了良好的社会效益和经济效益．抽水蓄能电站的工作原理是：在用电低谷时(如深夜)，电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中，到用电高峰时，在利用蓄水池中的水发电，如图3－3－6所示，蓄水池(上游水库)可视为长方体，有效总库容(可用于发电)为V，蓄水后水位高出下游水面H，发电过程中上游水库水位最大落差为d.统计资料表明，该电站年抽水用电为2.4×108kW·h，年发电量为1.8×108kW·h，则下列计算结果正确的是( )
图3－3－6
A．能用于发电的水的最大重力势能Ep＝ρVgH
B．能用于发电的水的最大重力势能Ep＝ρVg(H－)
C．电站的总效率达75%
D．该电站平均每天所发电能可供给一个大城市居民用电(每小时用电以105kW计算)约10 h
解析：选BC.以下游水面为零势能面，则用于发电的水的位置离下游水面高为(H－)，故其最大重力势能Ep＝ρVg(H－)，A项错误，B项正确；电站的总效率η＝×100%＝×100%＝75%，故C正确；设该电站平均每天发电可供一个大城市居民用电t小时，则Pt＝，代入数据得t≈5 h，故D项错误．
图3－3－7
8．(选做题)在三相交流电源上按星形接法连接相同负载1、2、3，如图3－3－7所示，NN′是中性线．已知负载1上的电压为220 V，电流强度为15 A．现在I表示中性线上的电流，U表示PQ两点间的电压，则( )
A．I＝15 A，U＝440 V B．I＝45 A，U＝380 V
C．I＝0，U＝440 V D．I＝0，U＝380 V
解析：选D.负载使用的星形接法，相电压与线电压的关系是U线＝U相，因为相电压为220 V，所以线电压为380 V，PQ间的电压为线电压；由于三相负载对称，所以中性线上电流为0.
二、非选择题
9．(2010年高考上海理综卷)太阳能是清洁新能源，为了环保，我们要减少使用像煤炭这样的常规能源而大力开发新能源．划分下列能源的类别，把编号填入相应的表格．
①石油 ②地热能 ③核能 ④天然气 ⑤风能 ⑥潮汐能
类别 编号
新能源
常规能源
答案：②③⑤⑥ ①④
10．电动车所需能量由它所携带的蓄电池供给．图3－3－8为某类电动车与汽油车性能的比较．通常车用电动机的质量是汽油机的4倍或5倍．为促进电动车的推广使用，在技术上主要应对电动车的________、________等部件加以改进．给电动车蓄电池充电的能量实际上来自于发电站．一般发电站燃烧燃料所释放出来的能量仅30%转化为电能，在向用户输送及充电过程中又损失了20%，这意味着使用电动车时能量转化的总效率约为________%.
图3－3－8
解析：通过题图对比分析，电动车蓄电池质量大而能量密度小，电动车充一次电行驶距离小，所以要主要改进电动车蓄电池和电动机等部件．由题中数据结合电动车效率图得：η＝30%×80%×70%＝16.8%.
答案：蓄电池 电动机 16.8
11．(创新题)2010年8月9日，首届亚洲能源论坛在广州举行，要求亚洲各国节约能源，大力开发新能源与可再生能源，太阳能的开发利用显得愈加重要．某植物园的建筑屋顶装有太阳能发电系统，用来满足园内用电需求．已知该发电系统的输出功率为1.0×105 W，输出电压为220 V．求：
(1)按平均每天太阳照射6小时计算，该发电系统一年(以365天计算)能输出多少电能？
(2)该太阳能发电系统除了向10台1000 W的动力系统正常供电外，还可以同时供园内多少盏额定功率为100 W、额定电压为220 V的照明灯正常工作？
解析：(1)根据W＝Pt得一年输出电能为W＝Pt＝1.0×105×365×6×60×60 J≈7.9×1011 J.
(2)设还能供n盏照明灯正常工作，则有1.0×105＝1000×10＋100n，解得n＝900.
答案：(1)7.9×1011 J (2)900盏
12．(2011年上海模拟)风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等．如图3－3－9所示．
图3－3－9
(1)利用总电阻R＝10 Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能．输送功率P0＝300 kW，输电电压U＝10 kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值．
(2)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机接受风能的面积．设空气的密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r，求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm.
在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间内接受的风能，简述可采取的措施．
(3)已知风力发电机的输出电功率P与Pm成正比．某风力发电机在风速v1＝9 m/s时能够输出电功率P1＝540 kW.我国某地区风速不低于 v2＝6 m/s的时间每年约为5 000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时．
解析：(1)导线上损失的功率为P＝I2R＝()2R＝()2×10 W＝9 kW，
损失的功率与输送功率的比值＝＝0.03.
(2)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大．
单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S＝πr2.风能的最大功率可表示为Pm＝(ρvS)v2＝πρr2v3.
采取措施应合理，如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等．
(3)按题意，风力发电机的输出功率为
P2＝()3·P1＝()3×540 kW＝160 kW
最小年发电量约为W＝P2t＝160×5 000 kW·h＝8×105 kW·h.
答案：(1)0.03
(2)πρr2v3，措施见解析
(3)8×105 kW·h(时间：90分钟，满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．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，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．“西电东送”是我国一项重大的能源发展战略，也是我国西部大开发的四大工程之一．将西部地区的电能输送到东部地区，为了减少输电过程中的电能损失，实现远距离输电应采用的最有效的方法是( )
A．增大输电的电流 B．提高输电电压
C．减小输电线电阻 D．以上办法都不行
解析：选B.远距离输电减小电能损失的方式有两种：一种减小输电线电阻但可行性较差，最有效的方式是高压输电减小电流，故选项B正确．
2.
图3－5
某同学想用220 V交流电作为小型收音机的电源．他先制作了一个将交流变为直流的整流器，但这个整流器需用6 V交流电源．于是他又添置了一个小变压器，电压比为220 V/6 V，由于时间长了，分不清原、副线圈，其外形如图3－5所示，现要作为降压变压器使用，则交流电源(220 V)应接在 ( )
A．a、b两端 B．c、d两端
C．a、c两端 D．b、d两端
解析：选B.由变压器结构原理可知，线圈中的电流越大，所用导线应当越粗，在降压变压器中，原线圈的电压大于副线圈的电压，即说明电流大的应是副线圈，导线相应要粗些，由图可知，ab线圈的导线较粗，所以cd应为原线圈，故输入电压(220 V)应接c、d两端．
3．在电能输送过程中，若输送的电功率一定、输电线电阻一定，则在输电线上损耗的电功率( )
A．和输电线上电压的平方成反比
B．和输送电流的平方成反比
C．和输电线上的电压降的平方成正比
D．和输电电流的平方成正比
解析：选ACD.输电线上的功率损失ΔP＝I2R，电压损失ΔU＝U－U′＝IR，输电电流I＝P/U，所以ΔP＝I2·R＝＝()2R，可见在输送功率P一定时，ΔP随R的增大而增大；ΔP与I2成正比；ΔP与ΔU2成正比；ΔP与U2成反比．
4．钳形电流表的外形和结构如图3－6甲所示．图3－6甲中电流表的读数为1.2 A．图乙中用同一电缆线绕了3匝，则( )
图3－6
A．这种电流表能测直流电流，图乙的读数为2.4 A
B．这种电流表能测交变电流，图乙的读数为0.4 A
C．这种电流表能测交变电流，图乙的读数为3.6 A
D．这种电流表既能测直流电流，又能测交变电流，图乙的读数为3.6 A
解析：选C.钳形电流表的工作原理是电磁感应，所以它只能测定交变电流，根据变压器的原理，I1n1＝I0n0，其中n1指钳形电流表内部线圈的匝数，n0指待测电流导线的匝数，I0指外接电流．当在图乙中用同一电缆线绕了n0′＝3匝，则n0′＝3n0，则满足I2n1＝I0n0′，解得I2＝3I1＝3.6 A.
5．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油—空气混合物是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12 V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图3－7所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在副线圈中产生10000 V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法正确的是( )
图3－7
A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增大的
B．汽油机点火装置的开关若始终闭合，副线圈的两端也会有高压
C．接该变压器的原线圈的电源必须是交流电流，否则就不能在副线圈中产生高压
D．汽油机的点火装置中变压器副线圈的匝数必须远大于原线圈的匝数
解析：选AD.柴油机是靠压缩汽缸内的空气，使内部温度升高到柴油的着火点的，A正确．汽油机点火装置的开关若始终闭合，变压器原、副线圈中磁通量不发生变化，副线圈中就不能产生高压，B选项错．直流电源供电时，在开关断开和闭合的瞬间也能使线圈中的磁通量发生变化，产生感应电流，C选项错．要在副线圈中产生高达10000 V以上的高压，也就要求断电时，副线圈中的感应电动势足够大，这要求副线圈匝数足够多，故D选项正确．
6．如图3－8所示的电路中要使电流表读数变大，可采用的方法有( )
图3－8
A．将R上的滑片向上移动 B．将R上的滑片向下移动
C．将开关S由1掷向2 D．将开关S由1掷向3
解析：选BC.在输入电压和原、副线圈匝数比()一定的情况下，输出电压U2是一定的，当R减小时，由I2＝可知电流表读数变大，故应将R上的滑片向下移动，选项B正确．在输入电压U1一定的条件下，减小原、副线圈匝数比，则输出电压U2(U2＝U1)增大，故I2＝增大，开关S应掷向2，选项C正确．
7．如图3－9所示，有5个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原、副线圈中，若将该线路与交流电源接通，且开关S接在位置1时，5个灯泡发光亮度相同；若将开关S接在位置2时，灯泡均未烧坏．则( )
图3－9
A．该变压器是降压变压器，原、副线圈匝数比为4∶1
B．该变压器是升压变压器，原、副线圈匝数比为1∶4
C．副线圈中的灯泡仍能发光，只是更亮些
D．副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变暗
解析：选AC.若S接1时，五个灯泡亮度相同，说明通过各个灯泡的电流相同，则通过副线圈的电流是通过原线圈的4倍．由＝，得＝，此变压器是降压变压器．选项A正确；若S接2时，原线圈的输入电压增大，副线圈的输出电压随之增大，则接于副线圈的灯泡均比原来更亮些，所以选项AC正确．
8．如图3－10所示，变压器输入交变电压U一定，两个副线圈的匝数为n2和n3，把一电阻先后接在a、b间和c、d间时，电流表的示数分别为I和I′，则I∶I′为( )
图3－10
A．n∶n B.∶
C．n2∶n3 D．n∶n
解析：选A.把电阻接在a、b间时，由＝得I＝I2＝·，接在c、d间时，由＝得I′＝I3＝·，所以＝·＝()2，所以A正确．
本题亦可从以下角度分析：原线圈输入功率等于副线圈输出功率，第一次U1I＝，第二次U1I′＝.则I∶I′＝U∶U＝n∶n.
9．(2010年高考江苏卷)在如图3－11所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有( )
图3－11
A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
解析：选CD.由于升压变压器的原线圈的两端的电压不变，原、副线圈的匝数比不变，升压变压器上输出电压U12不变，A不正确．输电功率变大，输电线中电流I变大，输电线上R损失的电压U＝IR变大，降压变压器的输入和输出电压都变小，B不正确．输电线损耗的功率P＝I2R变大，C正确．总功率P总＝U12I，＝，变大，D正确．
10．(2010年高考山东卷)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图3－12甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是( )
图3－12
A．副线圈输出电压的频率为50 Hz
B．副线圈输出电压的有效值为31 V
C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小
D．P向右移动时，变压器的输出功率增加
解析：选AD.通过交流电的图像可知，该交流电最大值Umax＝310 V，故有效值U＝220 V．周期T＝0.02 s，故f＝50 Hz.由交流电的基本规律知，输出电压的频率为50 Hz，A对；输出电压有效值U′＝22 V，B错；滑动变阻器触头右移，电阻变小，故副线圈电流变大，输出功率变大，C错，D对．
二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分，按题目要求作答)
11．(2011年西安一中模拟)一台理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈400匝，副线圈并联一个100 Ω的负载电阻，如图3－13所示．
图3－13
(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为______，电流表示数为______A.
(2)当原线圈接在220 V交流电源上时，电压表示数为______V，电流表的示数为______A，此时输入功率为______W，变压器效率为______．
解析：(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈中的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零．
(2)当原线圈接在交流电源上时，由＝得：U2＝U1＝220×V＝40 V，I2＝＝A＝0.4 A，
P入＝P出＝I2U2＝0.4×40 W＝16 W，效率η＝100%.
答案：(1)0 0 (2)40 0.4 16 100%
图3－14
12．如图3－14所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝2∶1，原线圈接200 V交流电压，副线圈接额定功率为20 W的灯泡L，灯泡正常发光．当电源电压降为180 V时，灯泡实际消耗的功率与其额定功率之比为______，此时灯泡中的电流为________ A．(设灯泡电阻恒定)
解析：原线圈接200 V交流电压时，U2＝U1＝×200 V＝100 V，P额＝；
接180 V交流电压时，U2′＝U1′＝×180 V＝90 V，P′＝.故＝＝()2＝，
P′＝×P额＝0.81×20 W＝16.2 W，又P′＝IU2′
所以I＝＝ A＝0.18 A.
答案：81∶100 0.18
三、计算题(本题共4小题，共48分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案必须明确写出数值和单位)
13．(10分)三峡水利枢纽是中国规模最大的水利工程，枢纽控制流域面积1.0×106 km2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均流量为Q＝4.51×1011 m3，水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面，在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量的总发电功率为P＝1.82×107 kW，年平均发电量约为W＝8.40×1010 kW·h，该工程已于2009年全部竣工，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的供电紧张局面．阅读上述资料，解答下列问题(水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)：
(1)若三峡电站上、下游水位差按H＝100 m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式，并计算出效率η的数值．
(2)若26台发电机组全部建成并发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t为多少天？
解析：(1)一年中水流的质量m＝ρQ(1分)
其重力势能Ep＝mgH(2分)
因此转化效率η＝＝(2分)
代入数据解得：
η≈67.1%.(2分)
(2)根据W＝Pt可得
t＝＝ h＝192.3天．(3分)
答案：(1)η＝ 67.1% (2)192.3天
图3－15
14．(10分)(2011年陕西高二检测)变压器副线圈电路中有电阻R＝7.26 Ω，消耗功率为6 W．另有一匝线圈接有电压表，读数U0＝50 mV.原线圈两端电压为U＝311sin100πt V，求原、副线圈的匝数和铁芯内的磁通量变化率表达式．(如图3－15所示)
解析：由题中条件可知该变压器每匝线圈感应电压有效值为50 mV.(1分)
由P2＝可得U2＝6.6 V，即可得n2＝＝132(匝)．(3分)
由原线圈上电压表达式可知交流电压Um1 有效值为U1＝220 V，再由＝得原线圈匝数n1＝4400(匝)．(3分)
铁芯内磁通量的变化率即单匝线圈的感应电动势，其最大值为0.05 V，表达式为＝0.05sin100πt Wb/s.(3分)
答案：4400匝 132匝 ＝0.05sin100πt Wb/s
15．(14分)将电阻R1和R2按如图3－16甲所示接在变压器上，变压器原线圈接在电压为U的交流电源上，R1和R2上的功率之比为2∶1.若其他条件不变，只将R1和R2改成如图乙的接法，R1和R2的功率之比为1∶8.若甲图中原线圈电流为I1，乙图中原线圈电流为I2，求：
图3－16
(1)乙图中两组副线圈的匝数之比；
(2)I1和I2之比．
解析：(1)甲图中R1和R2串联，电流相同，功率与电阻成正比，所以有
R1＝2R2①(2分)
设乙图中三组线圈的匝数分别是n1、n2、n3，两组副线圈上的电压分别是U2和U3，易得U2＝U，U3＝U
乙图中R1和R2上的功率之比为1∶8
即8＝②(2分)
联立①式和②式解得＝.(2分)
(2)设甲图中输出功率为P1，则有
P1＝[U]2/(R1＋R2)(3分)
设乙图中输出功率为P2，则有
P2＝(U)2/R1＋(U)2/R2(3分)
将R1＝2R2，n3＝2n2代入，可得＝.由于输入功率等于输出功率，所以甲、乙两图中输入功率之比也为2∶3，根据P＝IU，电压恒定，所以两图中电流之比I1∶I2＝2∶3.(2分)
答案：(1)1∶2 (2)2∶3
16．(14分)(2011年黄冈高二检测)人们利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、风能、煤等燃烧的化学能……)转化为电能．为了合理的利用这些能源，发电站要修建在靠近这些天然资源的地方．但是，用电的地方往往很远．因此，需要高压输送线路把电能输送到远方．如果某发电站将U＝6000 V的电压直接地加在高压输电线的输入端，向远方供电，且输送的电功率为P＝800 kW.则此时安装在高压输送线路的输入端和终端的电能表一昼夜读数就相差ΔE＝9600 kW·h(1 kW·h＝1 度电)．求：
(1)该输电线路的电阻为多少？
(2)此种情况下，高压线路的输电效率和终端电压．
(3)若要使此高压输电线路的输电效率为98%，则在发电站处应安装一个变压比(n1∶n2)是多少的变压器？
(4)若输电效率仍为98%，用户所需电压为220 V，则应在用户处安装一个变压比(n3∶n4)是多少的变压器？
解析：(1)由ΔE＝9600 kW·h可知
ΔP＝＝400 kW，由P＝UI可知ΔP＝ΔUI，
且I＝＝ A，则ΔU＝＝3000 V．(2分)
由ΔP＝得R线＝22.5 Ω.(2分)
(2)P有＝P－ΔP＝400 kW(1分)
输电效率η＝×100%＝50%(1分)
终端电压U1＝U－ΔU，则U1＝3000 V．(1分)
(3)损失功率为总功率的2%
则P损＝P×2%＝16 kW(1分)
＝＝，则＝＝.(2分)
(4)由P损＝得U损＝600 V(1分)
由＝得U2＝U＝30000 V(1分)
则降压变压器原线圈两端电压U3＝U2－U损＝29400 V
则＝＝.(2分)
答案：(1)22.5 Ω (2)50% 3000 V (3)1∶5 (4)1470∶11(共17张PPT)
3．3 电能的开发与利用
课标定位
学习目标：1.了解电能的优点．
2．了解电能利用的现状和开发的前景．
3．了解一次能源、二次能源和新能源．
重点难点：1.电能的优点、开发利用的现状及前景．
2．各种能源的特点以及和电能的转化关系．
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
3.3
课前自主学案
一、电能——能源家族的天之骄子
热机和电动机分别是把______和_____转换为机械能的动力机械，热机的效率_________，电动机的效率_________，电能是人类社会迄今为止应用最广泛、最方便的二次能源．
内能
电能
比较低
比较高
二、我国与世界各国电能开发利用的现状
我国主要是以____________为主，目前火力发电量约占全国总发电量的71%，火力发电不利的因素是：_____________，消耗的是一次性能源，不可再生．水力发电量占总发电量的24.1%，水力发电几乎没有污染，且可再生，我国的水力资源丰富，可大力发展．
美、中、日三国发电情况比较：我国的发电量占第二位，但人均发电量要低得多．
火力发电
污染严重
三、电能开发与利用的前景
新能源主要有：_________、_______、______、地热能、海浪能、潮汐能等等．比较而言，太阳能是最为理想的能源，卫生干净无公害．核能备受争议，成本高和核污染是核电站的致命弱点．
太阳能
核能
风能
思考感悟
电能有哪些优点？
提示：(1)电能与其他形式的能容易转换．
(2)电能可以集中生产，便于输送和分配，易于控制和管理．
(3)电能的转换效率高．
核心要点突破
一、电能的开发与利用的现状
电能具有很多优点，如容易与其他形式的能转换，可以集中生产，便于输送和分配，易于控制与管理，转换效率高等，正是因为电能具有这些优点，所以电能被称为能源家族的天之骄子，是人类社会迄今为止应用最广泛、最方便的二次能源．在我国发电形式还是以火力发电为主，但是火力发电污染严重，耗费大量的一次性能源——煤，因此要实现科学发展，必须大力发展其他的发电形式，如水力发电、风力发电等．
二、电能开发与利用的前景
目前世界各国基本上以火力发电和水力发电为主，存在着种种弊端，如火力发电污染严重，水力发电要受到地域环境的限制等．因此现在利用各种新能源发电的技术发展迅速，比较成熟的有太阳能发电、核能发电、风力发电、地热发电、海浪发电、潮汐发电等．合理开发利用这些新能源，逐步取代火力发电必将是大势所趋．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
利用新能源发电的形式很多(见图3－3－1)，其中A表示潮汐能发电，B表示太阳能发电，C表示________能发电，D表示________能发电．
图3－3－1
解析：图C中是风力发电装置，D中是利用丰富的地热发电．
答案：风 地热
课堂互动讲练
电能与其开发利用的现状
例1
电能被誉为当今能源家族的“天之骄子”，下列关于电能的说法正确的是( )
A．电能可以作为各种形式能量的转换中心
B．电能可以集中生产，便于输送和分配，易于控制和管理
C．电能的转换效率明显高于内能的转换效率
D．电能是一次能源
【精讲精析】 由于电能与其他形式的能之间容易转换，因而电能可以作为各种形式能量的转换中心．电动机的效率可达80%以上，最大的可达96.5%，可见电能的转换效率明显高于内能的转换效率．可以说电能是迄今为止人类社会应用最广泛、最方便的二次能源．
【答案】 ABC
电能开发利用的前景
例2
(2009年高考浙江卷)(1)二氧化碳是引起地球温室效应的原因之一，减少二氧化碳的排放是人类追求的目标．下列能源利用时均不会引起二氧化碳排放的是( )
A．氢能、核能、太阳能
B．风能、潮汐能、核能
C．生物质能、风能、氢能
D．太阳能、生物质能、地热能
(2)水(包括海水)是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题．这是指________(填“氢能”、“核能”或“氢能和核能”)的利用．请说明理由．
【思路点拨】 根据提供的能源种类来源结合最终生成物分析．
【自主解答】 (1)生物质能的最终产物是二氧化碳和水等，故选项A、B正确，C、D错误．
(2)氢能和核能；因为可以从海水中取氢，氢能有便于储存和运输的优点，也可以为解决能源问题做出贡献；海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放出大量的核能．
【答案】 (1)AB (2)见自主解答
知能优化训练
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谢谢使用1．(2011年河南开封高二测试)对于电能输送的以下说法，正确的是( )
A．输送电能的基本要求是经济实惠
B．减小输电导线上功率损失的唯一方法是采用高压输电
C．减小输电线上电压损失的唯一方法是增大导线的横截面积
D．实际输电时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济要求等
解析：选D.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济．减小输电线上的功率损失可采用高压输电，也可以减小输电线电阻，即增大导线横截面积，但不经济．实际输电时，应综合考虑各种因素．
2．如图3－1－4为远距离高压输电的示意图．关于远距离输电，下列表述正确的是( )
图3－1－4
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
解析：选ABD.依据输电原理，电路中的功率损耗ΔP＝I2R线，而R线＝ρ，增大输电线的横截面积，可减小输电线的电阻，则能够减小输电线上的功率损耗，A正确．由P＝UI来看在输送功率一定的情况下，输送电压U越大，则输电电流I越小，则功率损耗越小，B正确．若输电电压一定，输送功率越大，则输电电流I越大，电路中损耗的电功率越大，C错误．输电电压并不是越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，因此并不是输电电压越高越好，D正确．
3．发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至用户的输电导线的总电阻为R，通过输电导线的电流为I，输电线末端的电压为U2，下面选项表示输电导线上损耗的功率的是( )
A. B.
C．I2R D．I(U1－U2)
解析：选BCD.输电线上功率损耗ΔP＝I2R＝＝I·ΔU，而ΔU＝U1－U2，故B、C、D正确．
4．(2010年高考浙江卷)某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW，现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是( )
A．输电线上输送的电流大小为2.0×105A
B．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV
C．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW
D．输电线上损失的功率为ΔP＝，U为输电电压，r为输电线的电阻
解析：选B.由P输＝U输I输，可见用500 kV电压输电时，输电电流为I＝＝A＝6×103A，A错误；输电线上的电压损耗U损＝I输R线＝6000×2.5 V＝15 kV，B正确；输电线上的功率损耗应该使用P损＝I输R线＝U损I输来计算，若用P＝来计算，U为损耗电压才可以，D错误；若改用 5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kW，表明电能将在线路上损耗完，则输电线上损失的功率为3×106 kW，C错误．
5．(2011年上海基本能力阶段测评)根据下面两段材料回答问题：
材料1：目前我国已形成东北、华北、西北、华东、华中、南方四省、川渝七个跨省电网，及山东、福建、海南、新疆和西藏五个独立的省、自治区电网．我国今后还将通过加强电网建设，在未来5年形成大区电网互联基本格局，并于2015年建成统一的联合电网．
材料2：根据国家电网公司的“十一五”电网规划，期间国家电网公司将新增330 kV及以上输电线路6万千米、变电容量3亿千伏安．电网总投资将达到12000亿元，是“十五”期间电网投资5000亿元的2.4倍．
(1)什么是电力网？电力网的基本任务是什么？
(2)我国电力网已基本形成，为什么还要加大力度投资电网建设？从电网建设的好处谈谈你的理解．
解析：(1)电力网是输配电能的网络，它是由各家发电厂、各级变电站、高压输配电线路所组成的系统．电力网的任务是分配和输送电能．
(2)我国高速发展的国民经济需要更为高效、安全的电能输送体系．电力网络的进一步完善和升级有利于进一步提高能源在全国范围内的分配、调度效率，提升电能供应保障能力．因此，我国仍要加大电网建设，保证人民生活、生产有安全、可靠的电力供应．
答案：见解析
一、选择题
1．中央电视台《焦点访谈》多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重，其客观原因是电网陈旧老化．近来，农村进行电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格可采取的措施有( )
A．提高输送功率 B．增大输送电流
C．提高输电电压 D．减小输电导线的横截面积
解析：选C.电费高低与线路损耗有关，损耗越大，电费越高，减少损耗的途径有二：一是提高输电电压；二是减小输电线电阻即增大导线的横截面积，故C选项正确．
2．远距离输送交流电一般都采用高压输电，我国正在研究用比330 kV 高得多的电压进行输电．采用高压输电的优点是( )
A．可节省输电线的铜材料
B．可根据需要调节交流电的频率
C．可减少输电线上的电功率损失
D．可加快输电的速度
解析：选AC.远距离输电过程中，由于电流的热效应，输电线上有功率损失．根据焦耳定律，损失电功率P损＝I2R＝()2R，式中P为输电功率，U为输电电压，R为输电线电阻，在P、R不变时，P损∝，所以采用高压输电可减少输电线上的电功率损失．当P损、P不变时，R∝U2，又R＝ρ，联立可得输电线横截面积S∝，采用高压输电在损失电功率不变的情况下可使输电线横截面积大大减小而节省输电线铜材料．故选项A、C正确．
3．(2011年陕西高二检测)在电能远距离输送中，发电机发出的电要先送到升压变压站升高电压，到达目的地后，把电能输送到用电区时，为了保证用电安全，还要把电压降低，才能供用户使用．如果保持输电线路电阻不变，在使用不同输电电压时，有( )
A．输电电流强度跟输电电压成反比
B．输电线路损失的电压跟输电电压成反比
C．输电线路消耗的电功率跟输电电压成反比
D．输电线路消耗的电能跟输电电压成反比
解析：选AB.解决远距离输电问题的关键是抓住输送的功率保持不变，在此基础上研究其他物理量的变化情况，根据功率公式：P＝UI，当功率保持不变时，输电电流跟输电电压成反比．在输电线上损失的电压的表达式为ΔU＝IR＝·R，损失的电压跟输电电压成反比．根据ΔP＝I2R＝()2R，输电线上消耗的电功率跟输电电压的二次方成反比．
4．输电线的电阻共计r，输送的电功率为P，输电电压为U，则用户得到的电功率是( )
A．P B．P－()2r
C．I2R D．()2r
解析：选B.输送功率减去线路损失功率等于用户得到的功率．
5．远距离输送一定功率的交流电，若输送电压升高为原来的n倍，关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是( )
A．输电线上的电功率损失是原来的
B．输电线上的电功率损失是原来的
C．输电线上的电压损失是原来的
D．输电线上的电压损失是原来的
解析：选BC.由P＝IU得I＝，导线上损失功率P损＝I2R＝R，因输送功率一定，P损跟输送电压的平方成反比；U损＝R，U损跟输送电压成反比，所以正确选项为B、C.
6．(2011年榆林高二检测)2011年3月11日，日本9级强震引发海啸与核危机，位于震中的宫城县和岩手县等地受灾严重，高压供电线路损坏严重．在维修重建过程中，除了增加铁塔的个数和铁塔的抗拉强度外，还要考虑尽量减小线路上的电能损耗，既不减少输电功率，也不增加导线质量，对部分线路减少电能损耗采取的有效措施是( )
A．提高这部分线路的供电电压，减小导线中电流
B．在这部分线路两端换用更大匝数比的升压和降压变压器
C．在这部分线路上换用更优质的导线，减小导线的电阻率
D．多增加几根电线进行分流
解析：选ABC.根据P＝I2R可知减少损耗的一个方法是提高输电电压，减小输电电流，A、B对；减小电阻的措施是换用更优质的导线，减小导线的电阻率．
7．(2011年陕西高二测试)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电导线的总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电线上损耗的电压可表示为( )
A．U1 B．U1－U2
C．IR D．U2
解析：选BC.输电线的电压损失ΔU＝IR＝U1－U2，故B、C对；U1为输出电压，U2为用户得到的电压，故A、D错．
8．(2010年高考福建卷)中国已投产运行的1000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV 的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率变为( )
A. B.
C．2P D．4P
解析：选A.设输电线路的总电阻为R，输电线的总功率为P总，用1000 kV 特高压输电时线路损失的功率为P′，那么P＝()2R，P′＝()2R，＝()2，所以P′＝()2P，故选项A正确．
9．在远距离输电时，输送的电功率为P，输电电压为U，所用导线电阻率为ρ，横截面积为S，总长度为L，输电线上损失的电功率为P′，用户得到的电功率为P用，则P′、P用的关系式正确的是( )
A．P′＝ B．P′＝
C．P用＝P－ D．P用＝P(1－)
解析：选BD.输电线电阻R＝ρ 输电电流I＝
故输电线上损失的电功率为P′＝I2R＝()2ρ＝
用户得到的电功率为P用＝P－P′＝P(1－)．
二、非选择题
10．一台1.25×105 kW的发电机发出的电，若采用500 kV的超高压输电，输电线上的电流将有多大？假如两条输电线每千米的电阻是0.1 Ω，那么，电流在5 km的距离上将产生多大的热功率？输电距离为500 km时，输电线路上产生的热功率占发电机输出功率的百分之几？
解析：用500 kV高压输电时，输电线上的电流
I＝＝ A＝250 A.
这个电流在5 km的输电线上产生的热功率
P损＝I2R＝2502×5×0.1 W＝31250 W＝31.25 kW.
在500 km的距离上产生的热功率
P损′＝I2R′＝2502×500×0.1 W＝3.125×106 W.
×100%＝×100%＝2.5%.
答案：250 A 31250 W 2.5%
11．(2011年固原高二检测)把功率为220 kW的电能用铝导线(ρ铝＝0.027 Ω·mm2/m)输送到10 km 外的地方，要使功率损失在输送功率的10%以内．
(1)如果采用 220 V的电压输电，导线的横截面积至少要多大？采用这样的导线现实吗？为什么？
(2)采用110 kV的电压输电，导线的横截面积多大？
(3)若用同种导线输电，则用 110 kV 和220 V 电压输电损失的功率之比是多少？
解析：(1)用220 V 的电压输电，输电电流I＝＝A＝103A，由I2R＝10%P，得R＝Ω＝2.2×10－2Ω，又R＝ρ，所以S＝＝mm2≈2.5×104 mm2.采用这种导线是不现实的，一是浪费材料，二是导线无法架设．
(2)若采用110 kV的电压输电，输电电流
I′＝＝A＝2 A，
R′＝＝Ω＝5.5×103Ω，
S′＝＝mm2≈0.098 mm2.
(3)由P损＝I2R，得＝＝＝＝.
答案：见解析(共50张PPT)
3．2 变压器为什么能改变电压
课标定位
学习目标：1.知道变压器的构造，了解变压器的工作原理．
2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题．
3．探究理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题．
4．知道常见的变压器及其应用．
重点难点：1.变压器的原理．
2．推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系．
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
3.2
课前自主学案
一、变压器的构造和工作原理
1．变压器的构造
闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈，与电源相连的线圈叫________，也叫初级线圈．与负载相连的线圈叫__________，也叫次级线圈．两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，是用来改变交流电压的装置(单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图3－2－1甲、乙所示)．
原线圈
副线圈
图3－2－1
2．工作原理
变压器的变压原理是___________．如图3－2－2所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果副线圈是闭合的，则副线圈将产生交变的__________，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势．由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈．其能量转换方式为：原线圈电能→________→副线圈电能．
电磁感应
感应电流
磁场能
图3－2－2
思考感悟
1．变压器能否改变直流(恒定电流)电压？
提示：不能．变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用．
二、探究变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系
1．理想变压器
没有漏磁(磁通量全部集中在铁芯内)和发热损失(原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计)的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器．
2．功率关系
由于理想变压器没有各种能量损失，所以变压器输出功率______输入功率，即：__________．
3．电压、电流关系
等于
P出＝P入
思考感悟
2．怎样设计变压器可以实现“大电压”和“小电压”之间的相互转变？
提示：根据电压关系知：当n2>n1时，U2 >U1—升压变压器；当n2三、常见的变压器
1．电力变压器：用于________，有升压变压器和降压变压器，功率通常________．
2．自耦变压器：只有一个线圈，金属触头沿线圈刮去了绝缘漆的一边滑动，就改变了______________．如调压变压器就是一种自耦变压器，如图3－2－3.
电力网
较大
副线圈匝数
图3－2－3
3．互感器
(1)电压互感器：用来把高电压变成低电压，副线圈比原线圈_______，它的_______并联在高压电路上，副线圈接入交流电压表，如图3－2－4甲．
(2)电流互感器：用来把大电流变成小电流，副线圈比原线圈___________，原线圈______在被测电路中，副线圈接入交流电流表，如图3－2－4乙．
匝数少
原线圈
匝数多
串联
图3－2－4
4．电源变压器：不同用电器需要不同的电压，用电源变压器将________交流电压变到用电器所需的电压．
220V
思考感悟
3．根据两种互感器的作用特点，你能推知它们的匝数之间的关系吗？
核心要点突破
一、理想变压器基本规律探究
1．实验探究电压与匝数关系
(1)按图3－2－5所示电路连接电路
图3－2－5
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1.理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，在原线圈中通以50 Hz的正弦交流电，则下列说法正确的是( )
A．原、副线圈两端的电压之比为10∶1
B．原、副线圈中通过的电流之比为10∶1
C．原、副线圈的输入、输出功率之比为10∶1
D．原、副线圈中交流电的频率之比为10∶1
2．输出电流I2决定输入电流I1
在输入电压U1一定的情况下，输出电压U2也被完全确定．当负载电阻R增大时，I2减小，则I1相应减小，当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大，在使用变压器时，不能使变压器次级短路．
3．输出功率P2决定输入功率P1
理想变压器的输出功率与输入功率相等，即P2＝P1.在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻增大时，I2减小，则变压器输出功率P2＝I2U2减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2＝I2U2增大，则输入功率P1也将增大．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2.对于理想变压器，下列说法中正确的是( )
A．原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率的增大而增大
B．原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流的增大而增大
C．原线圈的电压不随副线圈的输出电流的变化而变化
D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零
解析：选ABC.输入功率始终等于输出功率，当变压器的匝数比确定时，输入电流与输出电流的比值也就确定，所以输入电流随着输出电流的增大而增大，并且输入电流由输出电流决定，A、B正确．原线圈的电压是输入电压，是由输入设备或发电机决定的，与变压器无关，不随副线圈的输出电流的变化而变化，故C对、D错．
课堂互动讲练
理想变压器的变压比
例1
如图3－2－6所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，并且原、副线圈上分别接有相同的灯泡A、B，已知电源电压为U，试求灯泡B两端的电压．
图3－2－6
变式训练1
(2011年高考新课标全国卷)如图3－2－7所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则( )
图3－2－7
变压器的动态分析问题
例2
(2010年高考天津卷)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图3－2－8所示．当开关S闭合后( )
图3－2－8
A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
【答案】 AD
【方法总结】 对理想变压器的动态分析问题，要根据题意分清变量和不变量，弄清“谁决定谁”的制约关系，即理想变压器各物理量变化的决定因素．
某小型水电站的发电机输出功率为24.5 kW，输出电压为350 V，输电线总电阻为4 Ω，为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5%，需在发电机处安装升压变压器，用户所需电压为220 V，所以在用户处需安装降压变压器．求：
(1)输电线上的电流；
(2)升压变压器的原、副线圈的匝数之比；
(3)降压变压器的原、副线圈的匝数之比．
理想变压器的综合应用
例3
【思路点拨】
【自主解答】 画出电能输送电路如图3－2－9所示．
图3－2－9
【答案】 (1)17.5 A (2)1∶4 (3)133∶22
变式训练2 (2011年厦门一中高二检测)如图3－2－10所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U1＝3330 V，副线圈的输出电压U2＝220 V，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数U0＝2 V，则：
图3－2－10
(1)原、副线圈的匝数各是多少？
(2)当S断开时，A2的示数I2＝5 A，那么A1的示数是多少？
答案：(1)1650匝 110匝 (2)0.3 A
知能优化训练
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3．1 高压输电原理
课标定位
学习目标：1.知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程．
2．知道降低输电损耗的两个途径．
3．了解电网供电的优点和意义．
重点难点：1.电能输送过程中电功率的损失、影响因素、解决办法．
2．高压输电原理．
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
3.1
课前自主学案
一、远距离输电为什么要用高电压
1．合作讨论
(1)为什么要进行电能的输送？
(2)输送过程是怎样的？
(3)输送过程中应优先考虑什么问题？
2．讨论探索：如何降低输电损耗？
(1)设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失ΔP＝____．根据此式，要减少ΔP，一是减小输电线的______；另一个途径是减小输电导线中的_______．
I2r
电阻
电流
(3)要减小输电线中的电流，在输送的总功率一定时，由P＝I·U可知，必须___________才能减小I.
(4)结论：远距离输电时，为了降低输电线路中的损耗，就要减小输电电流；为了减小输电电流，同时又保证向用户提供一定的电功率，就要提高____________．但输电电压也不是越高越好．因为电压升高，导线会对空气放电，这就对导线的绝缘性能提出了更高的要求．另外高压送电对变压器也提出了更高的要求，因此输电电压也不是越高越好．在实际输电过程中输电电压要根据输送功率的大小、远近、技术和经济各方面因素综合考虑．
提高电压
输电电压
二、交流输配电网
建造电能输配电网是为了确保电能的输送经济、可靠，发电机发出的交变电流先送到_______变电站，将电压升高到220 kV以上，进行_______送电；在用电区，先由第一级变电站将电压降到110 kV，再送到第二级变电站，将电压降到10 kV送到用电区．对普通生活用电，则要用降压变压器进一步降到______，如图3－1－1所示．
升压
高压
220V
图3－1－1
思考感悟
“提高电压，降低电流”与欧姆定律矛盾吗？
提示：不矛盾．欧姆定律是对纯电阻耗能元件而成立的定律，而“提高电压，降低电流”是从输送角度，由P＝IU，且P一定的条件下得出的结论．
核心要点突破
一、输电线路上的电功率损失的探究
1．原因
输电导线有电阻，电流通过导线时要发热，输电过程中有一部分电能转化成内能而损失掉．
2．损失电功率的大小
损失的电功率P损＝I2R，I为输电线上流过的电流，R为输电线的电阻．
3．减少电功率损失的方法
据P损＝I2R可知，减少输电线路上电功率损失的方法主要有两种：
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1.(2011年上海模拟)远距离输电时，在输送电功率不变的前提条件下( )
A．只有增大导线的电阻，才能减小电流，提高输电效率
B．提高输电电压，能减小电流，提高输电效率
C．提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗
D．提高输电电压势必增大输电导线上的电流
解析：选B.在输出功率一定时，由P＝UI可知，当U增大时，I减小，输电线的损耗功率P损＝I2R将减小，从而提高输电效率，减少输电线上的损耗．
二、输电线上电压损失的探究
1．交流输配电网模型示意图
图3－1－2
2．电压损失
如图3－1－3所示，输电线路始端电压U与末端电压U′的差值称为输电线路上的电压损失，即U损＝U－U′.
图3－1－3
3．减少输电线路上的电压损失的方法
(1)增大输电导线的横截面积以减小电阻
这种方法只在低压照明电路上才显得更有效．在高压输电线路上，电抗造成的电压降常比电阻造成的还要大，而增大导线横截面积对减小电抗起不了多大作用．因此，这种方法效果不佳，且耗材量大．
(2)减小输电电流
在输送电功率不变的前提下，提高输电电压可减小输电电流．
因此，无论从减少输电线路中的电功率损失，还是从减少电压损失方面看，都要求提高输电电压，减小输电电流．
特别提醒：高中阶段的计算中，只考虑输电线电阻所造成的电压损失，而忽略因容抗、感抗造成的电压损失，也就是把输电线路当成纯电阻电路处理．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2.用电器电阻值为R，距交变电源为L，输电线电流为I，电阻率为ρ，要求输电线上电压降不超过U，则输电线横截面积最小值为( )
A．ρL/R B．2ρLI/U
C．U/(ρLI) D．2UL/(ρI)
课堂互动讲练
远距离高压输电的原因分析
例1
输送4800 kW的电功率，采用110 kV高压输电，输电导线中的电流是多少？如果用110 V电压输电，输电导线中的电流将是多少？两种情况下，输电线上损失的电功率之比是多少？
【答案】 43.6 A 4.36×104 A 1∶106
输电线路上的功率损失
例2
一座小型水电站，用总电阻是0.5 Ω的输电线把电输送给用户，水电站输送的电功率是20 kW.假如用250 V电压输电，计算输电导线上的功率损失和用户得到的功率．假如改用500 V的电压输电，输电线上的功率损失和用户得到的功率又各是多少？
【答案】 3.2 kW 16.8 kW 0.8 kW 19.2 kW
变式训练 某变电站用220 V的电压输电，导线上损失的功率为输电功率的20%.若要使导线上损失的功率降为输电功率的5%，则输电电压应为多少？
答案：440 V
知能优化训练
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本章优化总结
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知识网络构建
专题归纳整合
章末综合检测
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专题归纳整合
理想变压器原、副线圈基本量的关系
例1
如图3－1所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1100匝，接入电压U1＝220 V的电路中．
(1)要求在两组副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？
(2)若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W””110 V 60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
图3－1
【答案】 (1)30匝 550匝 (2)0.36 A
变压器各物理量间的关系及动态分析问题
进行动态分析的顺序和第一种情况相同．可知，变压器原线圈的电流I1随着副线圈匝数的增加而增大．
动态分析类问题的基本思路可表示为：
例2
(2011年宁夏高二检测)如图3－2所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的．V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3.现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是( )
A．U2变小、I3变小 B．U2不变、I3变大
C．I1变小、I2变小 D．I1变大、I2变大
图3－2
【精讲精析】 根据理想变压器原理，U1数值不变则U2数值也不变，由于断开开关S，副线圈负载电阻增大，电流I2减小，R1两端电压减小，R3两端电压增大，I3变大．由输入功率等于输出功率可知，I1也减小．
【答案】 BC
远距离输电问题的分析思路
1．电能的输送是与生产、生活密切相关的问题，该内容的掌握要抓住“输送一定的电功率”这一前提，即P送＝U送I送是定值．升高送电电压必能减小送电电流，在输电线电阻一定时减小送电电流必定减小线路损耗，这就是高压输电的原理．
3．根据具体问题画出输电线路示意图
示意图如图3－3所示．
图3－3
(2011年咸阳高二检测)如图3－4所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW，输出电压为400 V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2 kV高压输电，最后用户得到220 V、9.5 kW的电压，求：
例3
图3－4
(1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比n1/n2；
(2)输电线路导线电阻R；
(3)用户降压变压器原、副线圈匝数比n3/n4.
【答案】 (1)1∶5 (2)20 Ω (3)95∶11
章末综合检测
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谢谢使用1．关于变压器，下列说法正确的是( )
A．变压器的工作原理是电磁感应
B．一切变压器的工作基础都是互感现象
C．各种电流接入变压器的输入端，变压器都能持续正常工作
D．只有交变电流接入变压器的原线圈中，变压器才能持续正常工作
解析：选AD.变压器之所以能变压，是因为原线圈接交变电源时，有交变电流流过原线圈，这引起穿过原、副线圈的磁通量发生变化，在原、副线圈中都产生了感应电动势，所以变压器的工作原理是电磁感应，A正确．变压器利用两个线圈变压时，其工作原理是互感，当变压器只利用一个线圈变压时(自耦变压器)，其工作基础是自感，B错．变压器要持续正常工作，原线圈必须接交变电流，若接直流电，原、副线圈中不可能出现持续的感应电动势，则变压器不能持续正常工作，故C错、D正确．
2．(2011年高考浙江理综卷)如图3－2－11所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin 314t V的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是( )
图3－2－11
A．2.0 V B．9.0 V
C．12.7 V D．144.0 V
解析：选A.由＝得U2＝，其中U1＝ V，得U2＝ V≈9.0 V，因此题中两线圈并非处于理想状态，会出现漏磁，所以交流电压表的读数小于9.0 V，故选项A正确．
3．如图3－2－12所示，可以将电压升高供给电灯的变压器是( )
图3－2－12
解析：选C.变压器应该接在交流电路中，升压变压器副线圈的匝数大于原线圈．
4．如图3－2－13所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开，当S接通时，以下说法中正确的是( )
图3－2－13
A．副线圈两端M、N的输出电压减小
B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大
C．通过灯泡L1的电流减小
D．原线圈中的电流增大
解析：选BCD.由于输入电压不变，所以当S接通时，理想变压器副线圈M、N两端输出电压不变．
并联灯泡L2，总电阻变小，由欧姆定律I2＝知，流过R的电流增大，电阻R上的电压UR＝IR增大．
副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率I1U1＝I2U2得，I2增大，原线圈输入电流I1也增大．
UMN不变，UR变大，所以UL1变小，流过灯泡L1的电流减小．
5．一理想变压器，原线圈匝数n1＝1100，接在电压为220 V的交流电源上，当它对11只并联的“36 V,60 W”灯泡供电时，灯泡正常发光，由此可知该变压器副线圈的匝数n2是多少？通过原线圈的电流I1是多大？
解析：因为11只并联的“36 V,60 W”灯泡正常发光，所以副线圈输出的电压必为36 V．由U1/U2＝n1/n2，
得n2＝n1＝匝＝180匝．
每只灯泡正常发光时的电流由P2′＝I2′U2′得
I2′＝P2′/U2′＝ A＝ A
副线圈中的电流I2＝11×I2′＝ A
因I1/I2＝n2/n1，故I1＝I2＝× A＝3 A.
答案：180匝 3 A
一、选择题
1．关于变压器的工作原理，下列说法中正确的是( )
A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量是不变的
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等
C．穿过副线圈的磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
解析：选BC.原线圈中的磁通量如果不发生变化，那么在副线圈中将不会有感应电动势产生，A错；虽然磁通量始终在不断地发生变化，但是在任意时刻，原、副线圈的磁通量都是相同的，B正确；副线圈中的电流是由于电磁感应产生的，不是由于有电流从原线圈流过来，C正确，D错误．
2．下列关于变压器的说法中正确的是( )
A．升压变压器在升高电压的同时，也提高了交变电压的频率
B．若输入电压相同，则输出电压随输入电压频率的增大而增大
C．降压变压器的副线圈导线比原线圈导线粗
D．变压器输出的电功率由输入的电功率决定
解析：选C.变压器在改变交流电压的同时不改变交流电压的频率；输出电压由输入电压和匝数比决定：＝；输入功率由输出功率决定(用多用少由用户决定)；为减小发热功率，电流大的线圈应选用较粗的导线绕制．故选C.
3．将输入为220 V，输出为6 V的变压器，改绕成输出为30 V的变压器．若副线圈原来的匝数为30匝，原线圈的匝数不变，则副线圈应增加的匝数是( )
A．150匝 B．120匝
C．130匝 D．144匝
解析：选B.＝＝，因为副线圈的匝数是30匝，所以原线圈的匝数是1100匝，根据＝＝＝，所以副线圈应该增加的匝数是120匝．
图3－2－14
4．在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图3－2－14所示变压器铁芯的左右两个臂上．当通过交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，线圈1、2的匝数比n1∶n2＝2∶1.在不接负载的情况下( )
A．当线圈1输入电压为220 V的交变电流时，线圈2的输出电压为110 V
B．当线圈1输入电压为220 V的交变电流时，线圈2的输出电压为55 V
C．当线圈2输入电压为110 V的交变电流时，线圈1的输出电压为220 V
D．当线圈2输入电压为110 V的交变电流时，线圈1的输出电压为110 V
解析：选BD.由于两个线圈中磁通量不同，当原线圈中磁通量为Φ时，副线圈中的磁通量为.以线圈1为原线圈，输入交变电压为220 V时，由E＝n可知：E1＝n1，E2＝n2，故U1∶U2＝E1∶E2＝2n1∶n2＝4∶1，选项B正确；同理可知选项D正确．
图3－2－15
5．(2010年高考重庆卷)一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图3－2－15所示，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V．按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )
A．1100,360 B．1100,180
C．2200,180 D．2200,360
解析：选B.根据变压规律＝可知变压器烧坏后，铁芯新绕线后，有＝，故原线圈n1＝1100；对变压器未烧坏时，有＝，则副线圈n2＝180.故B正确．
图3－2－16
6．如图3－2－16甲、乙两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220 V交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V．若分别在c、d两端与g、h两端加上110 V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为( )
A．220 V、220 V B．220 V、110 V
C．110 V、110 V D．220 V、0 V
解析：选B.对于变压器有＝，当Ucd＝110 V时，Uab＝2Ucd＝220 V；而在g、h间加110 V的电压时，g上端部分电阻中无电流，不产生电压，所以e、f两端的电压仍为110 V.
7．一理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2、I1和I2、P1和P2，已知n1＞n2，则( )
A．U1＞U2 B．P1＝P2
C．I1＜I2 D．P1＞P2
解析：选ABC.因变压器为理想变压器，故有＝，P1＝P2，由题意知，n1＞n2，则U1＞U2，又因I1U1＝I2U2，则I1＜I2，故选项A、B、C正确．
8．(2011年陕西高二检测)如图3－2－17所示是一台理想自耦变压器，在a、b之间接正弦交流电，A、V分别为理想交流电流表和交流电压表，若将调压端的滑动头P向上移动，则( )
图3－2－17
A．电压表V的示数变大 B．变压器的输出功率变大
C．电流表A的示数变小 D．电流表A的示数变大
解析：选C.ab间为原线圈，当P向上移动时，原线圈匝数增多，原副线圈匝数比变大，由变压规律＝，U1不变，U2变小，电压表V的示数变小，R不变，由P＝可知，变压器的输出功率变小，A、B错，由U1I1＝U2I2，可以知道，I1变小，C对，D错．
9．(2011年上海高二检测)为了检测变电站向外输电的情况，要在变电站安装互感器，其接线如图3－2－18所示，两变压器匝数分别为n1、n2和n3、n4，a和b是交流电表，则( )
图3－2－18
A．n1＞n2
B．n3＞n4
C．a为交流电流表，b为交流电压表
D．a为交流电压表，b为交流电流表
解析：选AD.左边的互感器为电压互感器，输入电压很大，为了保护电表，应降压后测量，所以n1＞n2，降压后也不能在副线圈上直接接电流表，所以a只能是交流电压表；右边的互感器为电流互感器，输入电流极大，要测量则需要升压，从而达到减小电流的目的，所以n3＜n4，升压后电流会很小，正好可以测电流，即b为电流表．
10．(创新题)春节前后，我国部分省市的供电系统由于气候原因遭到严重破坏．为此，某小区启动了临时供电系统，它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图3－2－19所示，图中R0表示输电线的电阻．滑动触头P置于a处时，用户的用电器恰好正常工作，在下列情况下，要保证用电器仍能正常工作，则( )
图3－2－19
A．当发电机输出的电压发生波动使V1示数小于正常值，用电器不变时，应使滑动触头P向上滑动
B．当发电机输出的电压发生波动使V1示数小于正常值，用电器不变时，应使滑动触头P向下滑动
C．如果V1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向上滑
D．如果V1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向下滑
解析：选AC.输入电压U1减小，要使U2保持不变，根据U1/U2＝n1/n2知需增加副线圈的匝数，A对，B错；用电器增加时，负载电阻阻值减小，输出电流增大，输电线上电压降增大，为保证用电器仍能正常工作，需提高输出电压，U1保持不变，根据U1/U2＝n1/n2知滑动触头P应向上滑，C对，D错．
二、非选择题
11．发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器)．其输电全过程的线路图，如图3－2－20所示．
(1)若发电机的输出功率是100 kW，输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1∶25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；
(2)若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；
(3)计算降压变压器的输出功率．
图3－2－20
解析：(1)对升压变压器，据公式＝，有
U2＝U1＝×250 V＝6250 V
I2＝＝＝ A＝16 A
(2)因为P损＝IR线，P损＝0.04P1，
所以R线＝＝ Ω＝15.6 Ω
因为ΔU＝U2－U3＝I2R线
所以U3＝U2－I2R线＝(6250－16×15.6) V＝6000 V
(3)P4＝P1－P损＝0.96P1＝0.96×100000 W＝96000 W＝96 kW.
答案：(1)6250 V 16 A (2)15.6 Ω 6000 V
(3)96 kW
12．如图3－2－21所示，理想变压器原线圈Ⅰ接到220 V的交流电源上，副线圈Ⅱ的匝数为30，与一标有“12 V 12 W”的灯泡连接，灯泡正常发光．副线圈Ⅲ输出电压为110 V，电流为0.4 A．求：
图3－2－21
(1)副线圈Ⅲ的匝数；
(2)原线圈Ⅰ的匝数以及通过原线圈的电流．
解析：(1)根据已知，U2＝12 V，n2＝30；U3＝110 V.
由于＝，得n3＝n2＝275匝．
(2)由U1＝220 V，根据＝，得n1＝n2＝550匝；
由P1＝P2＋P3＝P2＋I3U3＝56 W，得I1＝≈0.25 A.
答案：(1)275匝 (2)550匝 0.25 A
