第三章 3.第1课时 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（教科版2019）

3．变压器 第1课时　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 【素养目标】　1.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，熟悉探究的方法、步骤，提高科学探究的能力。　2.科学分析数据，锻炼得出实验结论的能力。 一、实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 二、实验原理 1．实验电路图如图所示。 2．实验方法采用控制变量法。 三、实验器材 低压交流电源(小于12 V)1个、可拆变压器1个(如图甲、乙所示)、多用电表(交流电压挡)2个、导线若干。 四、实验步骤 1．如图所示，连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 2．保持原线圈匝数不变，用多用电表电压挡测量原线圈电压，并记录在表格中。 3．改变副线圈匝数，用多用电表电压挡测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。 4．保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，重复步骤2、3。 五、数据处理 1．将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表。 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1 副线圈电压U2 100 200 2 V 100 600 2 V 300 600 4 V 400 600 6 V 400 200 8 V 400 200 4 V 2.由表格数据得出结论：变压器的原、副线圈两端电压U和匝数n的关系为＝。 六、误差分析 1．由于漏磁，通过原、副线圈每一匝的磁通量不严格相等造成误差。 2．原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)造成误差。 3．铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。 4．电表的读数存在误差。 七、注意事项 1．在改变电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 2．为了人身安全，低压交流电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 3．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 学生用书↓第91页 一　教材原型实验 物理研究课上，同学们用可拆变压器探究”变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示： (1)下列说法正确的是________。 A．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的”直流电压挡” B．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响 C．测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量 D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈 E．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到”传递”磁场能的作用 (2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是________。 A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力 B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变 C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起 答案：(1)BCE　(2)AC 解析：(1)变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的”交流电压挡”测量，故A错误；实验时可采用控制变量法，先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故B正确；测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，防止烧坏电压表，故C正确；变压器开始正常工作后，通过电磁感应，把电能由原线圈输送到副线圈，故D错误；变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到”传递”磁场能的作用，故E正确。 (2)变压器线圈通电会产生磁场，而变压器上端的横条相当于磁铁，下端对横条有吸引力的作用，因此与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；仅增加原线圈匝数，副线圈电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈电压升高，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能使学生电源的过载指示灯亮起，故C正确。 针对练．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中： (1)原线圈中接入的电源是________。 A．接入电压为220 V的交流电源 B．接入学生电源12 V以下的直流输出端 C．接入学生电源12 V以下的交流输出端 (2)对于实验过程，下列说法正确的是________。 A．为便于探究，应该采用控制变量法 B．因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路 C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量 答案：(1)C　(2)A 解析：(1)做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验时，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，故A、B错误，C正确。 (2) “探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，为便于探究，应该采用控制变量法，故A正确；实验通电时，即使电压不超过12 V，因人的身体素质不同，也存在人身安全问题，因此不能用手接触裸露的导线、接线柱，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。 (2023·吉林白城期末)某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示。 (1)下列说法正确的是________。 A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源 B．变压器中铁芯是整块硅钢 C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 学生用书↓第92页 (2)实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下。由数据可知N1一定是________(选填“原”或“副”)线圈的匝数。根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原、副线圈两端电压与匝数的关系：_________________________ _______________________________________________________________________________。 N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 (3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为________(选填“原”或“副”)线圈。 答案：(1)C　(2)副　原、副线圈的两端电压U与匝数N成正比，即＝　(3)原 解析：(1)变压器改变的是交流电压，因此原线圈不能接低压直流电源，A错误；因为变压器的工作原理是电磁感应，如果变压器铁芯是用整块硅钢，则在电磁的作用下，会产生很大的涡流发热，当热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，故不能用整块硅钢，B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，则在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，D错误。 (2)由于存在漏磁现象，副线圈电压实际值小于理论值，故由数据可知N1一定是副线圈的匝数；由表可知，在实验误差允许范围内，原、副线圈两端电压U与匝数N成正比， 即＝。 (3)理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。 针对练．(2023·山东济宁期末)某物理兴趣小组利用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器零部件如图甲所示，组装后的变压器如图乙所示。 (1)一位同学实验时，观察两个线圈的导线，发现粗细不同。他选择的原线圈为800匝，副线圈为400匝，原线圈接学生电源的正弦交流输出端，所接电源为“8 V”挡位，测得副线圈的电压为4.2 V。下列叙述可能符合实际情况的一项是________。 A．原线圈导线比副线圈导线粗 B．学生电源实际输出电压大于标注的“8 V” C．原线圈实际匝数与标注的“800”不符，应大于800匝 D．副线圈实际匝数与标注的“400”不符，应小于400匝 (2)由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当________(选填“大于”、 “等于”或“小于”)原、副线圈的匝数比。 答案：(1)B　(2)大于 解析：(1)原线圈匝数多，电压大，电流小，故原线圈导线细，故A错误；由U1∶U2＝n1∶n2可知，测得的副线圈电压偏高，可能是因为学生电源实际的输出电压大于标注的8 V，故B正确；由以上分析可知，如果原线圈实际匝数与标注的“800”不符，则应小于800匝，测得的副线圈电压才偏高，故C错误；同理，副线圈实际匝数与标注的“400”不符，应大于400匝，测得的副线圈电压才偏高，故D错误。 (2)由于变压器工作时有能量损失，所以副线圈的实际电压略小，故实验测得的原、副线圈的电压比应大于原、副线圈的匝数比。 二　拓展创新实验 有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同)，线圈外部还可以绕线。 (1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈中“0，14” “0，4”的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为________Ω，由此可推断________(选填“A”或“B”)线圈的总匝数较多。 (2)如果把它看作理想变压器，现要测量A线圈的总匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请完成实验步骤的填空： ①用绝缘导线在B线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈； ②将________(选填“A”或“B”)全部线圈与低压交流电源相连接； ③用多用电表的________挡分别测量A线圈中“0，14”间的电压UA和绕制线圈的电压U。 ④则A线圈的总匝数为________。 答案：(1)24　A　(2)②A　③交流电压　④ 解析：(1)由多用电表知，A线圈电阻为24 Ω，根据电阻定律，导线越长，电阻越大，因为A线圈的电阻比B线圈的大，所以A线圈总匝数多。 (2)因为要测量A线圈总匝数，所以要把A全部线圈与低压交流电源相连接，变压器输入、输出均为交变电流，测电压时要用交流电压挡测输入和输出电压，根据变压器电压比等于匝数比，有＝，所以nA＝。 学生用书↓第93页 针对练．在”探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，操作步骤如下： ①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上； ②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压； ③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源上，另一个作为副线圈，接上小灯泡； ④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。 (1)以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号)。 (2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600匝，n2＝400匝，当将n1作为原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝8 V时，U2′＝32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是____________ ______________________________________________________________________________。 答案：(1)①③②④　(2)理想变压器原、副线圈电压之比等于原、副线圈的匝数之比 解析：(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；然后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤，即操作的合理顺序为①③②④。 (2)两线圈的匝数n1＝1 600匝，n2＝400匝，当将n1作为原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V，此时由＝4，＝4，可知＝；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压，＝，＝，可知＝，由分析结果可得理想变压器原、副线圈电压之比等于原、副线圈的匝数之比。 课时测评16　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1．(6分)(多选)(2023·浙江温州统考期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，下列说法正确的是 (　　) A．本实验用到了控制变量法 B．本实验原线圈可以接到学生电源的直流输出端 C．变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 D．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，是为了减少涡流 答案：AD 解析：本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故A正确；变压器能改变的是交流电压，原线圈接到学生电源的直流输出端后，副线圈将无电压输出，无法进行实验探究，故B错误；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，并不是铁芯导电，传输电能，故C错误；用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，是为了减少涡流，故D正确。 2．(10分)(2023·甘孜康定中学月考)在“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验中，可拆变压器如图所示。 (1)为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是________。 A．控制变量法 B．等效替代法 C．演绎法 D．理想实验法 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数________(选填“多”或“少”)。 (3)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为________。 A．原、副线圈上通过的电流发热 B．铁芯在交变磁场作用下发热 C．变压器铁芯漏磁 D．原线圈输入电压发生变化 答案：(1)A　(2)少　(3)D 解析：(1)保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。探究两个变量之间的关系时保持其他变量不变，这个探究过程采用的科学探究方法是控制变量法，故选A。 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据＝可知，匝数少的电流大，则导线粗，即导线粗的线圈匝数少。 (3)原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，故A、B不符合题意；变压器铁芯漏磁，从而导致电压比与匝数比有差别，故C不符合题意；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D符合题意。 3．(10分)(2023·宁波效实中学期中)在“探究变压器的电压与匝数的关系”实验中，某同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。 (1)实验还需下列器材中的________； (2)实验中，可拆式变压器的原线圈接“0、4”接线柱，副线圈接“0、8”接线柱，当副线圈所接电表的示数为24.0 V，则原线圈所接电源电压挡位可能为________。 A．3.0 V B．6.0 V C．12.0 V D．15.0 V 答案：(1)AD　(2)D 解析：(1)本实验中，变压器的原线圈应接在交流电源上；为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，需要测交流电压，所以需要用到多用电表，故学生电源和多用电表两个器材不能缺少，故选AD。 (2)若变压器为理想变压器，原、副线圈电压和匝数的关系为＝，若变压器的原线圈接“0、4”接线柱，副线圈接”0、8”接线柱，则原、副线圈匝数比为＝＝，则原线圈两端电压U1＝U2＝×24 V＝12 V，但本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电表示数为24 V，则原线圈电压必须大于12 V，故选D。 4．(10分)在“探究变压器线圈两端电压与匝数关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。 实验 序号 原线圈两端的 电压U1/V 副线圈两端 的电压U2/V 1 3.9 8.2 1∶2.1 2 5.9 11.8 1∶2.0 3 7.8 15.2 (1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。 (2)本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系近似为________(用题目中给出的字母表示)。 (3)该变压器是________(选填“升压”或“降压”)变压器。 答案：(1)1∶1.9　(2)＝　(3)升压 解析：(1)第三组数据为＝≈。 (2)线圈匝数之比＝＝，结合表格中的数据可知，在误差允许的范围内线圈两端电压与匝数的关系是＝。 (3)从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。 5．(12分)在“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验中： (1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是________。 A．为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V B．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源 C．因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱 D．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测 (2)某实验小组通过实验，记录的数据如表所示。 原线圈匝数n1(匝) 100 200 400 400 副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800 原线圈两端的电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86 副线圈两端的电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64 通过分析实验数据可得出的实验结论是______________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00 V和3.90 V，据此可知电压比与匝数比并不相等，主要原因是______________________________ ________________________________________________________________(至少说出两个原因)。 答案：(1)D　(2)在误差允许的范围内，变压器原、副线圈两端的电压比等于匝数比　(3)有漏磁、铁芯发热(两个原因合理即可) 解析：(1)变压器改变的是交流电压，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，A错误；实验通电前，必须要检查电路是否正确，通电时，不要用手接触裸露的导线、接线柱，确保人身安全，B、C错误；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。 (2)通过分析实验数据可得出的实验结论：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈两端的电压比等于匝数比。 (3)电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等。 6．(12分)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，先写出操作步骤，画出电路图，n1、n2分别表示原、副线圈的匝数。 (1)实验注意事项，正确的是________(填选项前的字母代号) A．实验中可以用电动自行车上的电池作为电源 B．为了保证人身安全，原线圈所用电压不能超过36 V C．通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱 D．用多用电表测副线圈电压时，先估计被测电压值，然后选用适当挡位进行测量 (2)实验先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响。再保持副线圈的匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。探究过程采用的实验方法是__________________。 (3)保持输入电压和副线圈的匝数不变，当副线圈的电压变为原来的两倍时，原线圈的匝数可能变为原来的________(填选项前的字母代号)。 A． B． C． D． 答案：(1)C　(2)控制变量法　(3)B 解析：(1)变压器原线圈两端只能使用低压交流电源，为了人身安全，所用电压不要超过12 V，故A、B错误；实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，故C正确；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D错误。 (2)本实验采用的是控制变量法，即要研究一个量与另外一个量之间的关系，需要控制其他量不变。 (3)由于原、副线圈可能会损失一定能量，可知≤，可得n1≤，即n1<，当副线圈的电压变为原来的两倍时，有n1′≤＝n1，故B正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$