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配套课件（人教版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 　　　　 第三章　交变电流 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。 素养目标 探究过程 梳理要点 1 合作交流　应用拓展 2 课时测评 3 内容索引 2 3 4 5 1 探究过程 梳理要点 返回 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、开关、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 100 300 2 V   1∶3   100 400 2 V   1∶4   200 400 4 V   1∶2   400 400 6 V   1∶1   400 100 8 V   4∶1   400 100 4 V   4∶1   2．由表格数据得出结论 (1)当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大。进一步研究可知，副线圈电压与副线圈匝数成正比。 (2)当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小。进一步研究可知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。 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．在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 2．为了人身安全，学生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。 返回 合作交流　应用拓展 返回 一　教材原型实验 (2023·浙江宁波高二期末)在“探究变压器线圈 两端的电压与匝数的关系”实验中，小糊同学采用了如 图所示的可拆式变压器进行研究。 (1)本实验中，除可拆变压器外，下列器材中还需要的有 ________。 A．低压直流电源 B．交流电压表 C．刻度尺 D．开关、导线若干 例1 √ 本实验中选用低压交流电源，故用交流电压表测副线圈电压，另实验还需要开关、导线若干。故选BD。 √ (2)小糊同学将图中变压器的原线圈接线柱0、8与低压直流电源的输出端相连，选择开关置于12 V挡，则与副线圈0、2接线柱相连的电压表示数可能是________。 A．48.0 V B．4.0 V C．3.6 V D．0 V 变压器的原线圈与低压直流电源的输出端相连，可知副线圈中磁通量不变，则副线圈中无感应电流，即副线圈所接电压表无示数。故选D。 √ (3)小糊正确选材并接线后，记录如表所示四组实验数据。 分析表中数据可知，N1一定是____(选填“原”或“副”)线圈的匝数。 N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.10 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 副 由题表中数据可得，在误差允许范围内变压器原、副线圈的电压比等于匝数比，即 ，由于存在漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压，则变压器的副线圈两端测得的电压略小于理想值，故可知N1一定是副线圈的匝数。 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”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。 (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。 例2 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∶1.9 (2)本实验可得出结论：变压器原、副线圈电压与匝数关系为_______ (用题目中给出的字母表示)。 针对练．某班物理实验课上，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．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数 B．变压器的原线圈接低压交变电流，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C．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 D．测量副线圈电压时，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 E．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 F．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 √ √ √ 为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要 求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压 器只能改变交变电流的电压，原线圈输入交流电 压，副线圈输出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；研究变压器线圈两端电压和匝数的关系时，用到了控制变量法，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，故C正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，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，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗时，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，而不是铁芯直接导电，传输电能，故E错误，F正确。 (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 √ √ 与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产 生磁性，对横条铁芯具有吸引力，若将可拆 变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A 正确；增加原线圈绕制的圈数，根据副线圈匝数不变、输入电压不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据原线圈匝数不变、输入电压不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，则输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确。 二　拓展创新实验 某研究性学习小组的同学想用220 V交流电源作 为某小型电器的电源。他先制作了一个能使交流变为直 流的整流器，但是这个整流器需要用6 V的交流电源， 于是他又添置了一台“220 V　6 V”的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。 (1)他不知道如何接线，也没有相应的说明书。你觉得正确的接法是a、d端接_____(选填“220 V”或“6 V”)。 例3 6 V 因为理想变压器的输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，由公式R＝ρ 可知，引线要粗，故a、d端接6 V。 (2)这台“220 V　6 V”的理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是______匝。 11 000 根据变压器工作原理可知 ，若理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是11 000匝。 (3)为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数Na＝80匝和Nb＝160匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如表，则接电源的是_____ (选填“Na”或“Nb”)。 Ua/V 1.80 2.80 3.80 Ub/V 4.00 6.01 8.02 Nb 理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计；考虑到这些损耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。由题知＝ Ub，可知接电源的是Nb。 某同学正在做“探究变压器线圈两端的电压与 匝数的关系”的实验，该同学使用的可拆变压器如图 所示。 (1)为了减少涡流的影响，实验用的变压器铁芯是 ________。 A．由彼此绝缘的铜片叠成的 B．由彼此绝缘的硅钢片叠成的 C．整块硅钢铁芯 D．整块不锈钢铁芯 例4 √ 为了减小涡流现象带来的损耗，变压器的铁芯选用彼此绝缘的硅钢片叠成的。故选B。 (2)该同学将正弦交流电源接在原线圈的“0”和“14”两个接线柱上，用交流电压表测得副线圈的“1”和“4”两个接线柱之间的电压为7.5 V，若实验用的变压器为理想变压器，则输入电压的有效值应为_____ V，该同学对比后发现实际输入的正弦式交流电源的有效值_____ (选填“大于”或“小于”)理论值，认真分析后发现是漏磁导致的。 35.0 大于 交流电源接在原线圈的“0”和“14”两个接线柱上，交流电压表接在副线圈的“1”和“4”两个接线柱上，所以原、副线圈的匝数之比为 可得输入电压的有效值为U1＝35.0 V 。若不是理想变压器，有漏磁现象，则实际输入的正弦式交流电源的有效值大于理论值。 针对练．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，由此可推断___ (选填“A” 或“B”)线圈的总匝数较多。 根据R＝ρ 可知，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。 A (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______。(用题中所给字母表示) A 交流电压 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；③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；④根据变压器电压比等于匝数比，有 ，可得nA＝ 。 返回 课 时 测 评 返回 1．(10分)(2023·浙江温州市高二月考)如图用可拆 变压器探究“变压器线圈两端的电压与匝数的关系” 实验中： (1)下列说法正确的是________。 A．为了人身安全，只能使用不超过12 V的低压直流电源 B．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量 C．测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡” 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 √ 2 3 4 5 1 为了人身安全，只能使用不超过12 V的低压交 流电源，选项A错误；由于变压器不是理想的， 有“漏磁”，则穿过副线圈的磁通量小于原线 圈的磁通量，选项B错误；测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，选项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，而不是通过铁芯导电，选项D错误。故选C。 2 3 4 5 1 (2)本实验采用控制变量法进行研究，原线圈的匝数为 n1，电压为U1，副线圈的匝数为n2，电压为U2，下列 三幅图中，能正确反应本实验结果的有______。 √ √ 2 3 4 5 1 2．(10分)为了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，某同学自制了A、B和C三个同种类型的线圈。由于前期准备不足，该同学在将A、B线圈绕制完成后，发现剩下的线材刚好足够C线圈绕制20匝。在三个线圈绕制完毕后，该同学又发现在绕制A、B线圈时忘记了标记两个线圈的匝数，只记得两个线圈的匝数分别大致有几百匝，且仅有交流10 V挡可用的多用电表一个，开关一个，导线若干。 (1)变压器的铁芯，它的结构和材料是______。 A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的铜片叠成 D．绝缘的硅钢片叠成 √ 观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成。故选D。 2 3 4 5 1 (2) 为了测定A、B两线圈的匝数，该同学设计了如下三种实验方案，请基于该同学现有的实验器材，根据实验测定准确性和安全性的考量，你认为最可行的方案为________。 A．把线圈C作为原线圈，将电源与线圈C串联，用多用电表测量当A和B分别作为副线圈时线圈的输出电压U1和U2 , 算出A、B两线圈的匝数nA和nB B．把线圈C作为副线圈，将电源分别与线圈A、B串联，用多用电表测量线圈C的输出电压U1和U2，算出A、B两线圈的匝数nA和nB C．把线圈A作为原线圈，B作为副线圈，先将电源与线圈A串联，用多用电表测量线圈B的输出电压U1；然后把线圈A和线圈C串联共同作为原线圈，B作为副线圈，用多用电表测量线圈B的输出电压U2 , 算出A、B两线圈的匝数nA和nB √ 2 3 4 5 1 将线圈C作为原线圈，A和B作为副线圈时，由于A和B匝数远大于C的匝数，因此A和B的输出电压会很大，会大于交流10 V挡的量程，A不符合题意；由于A和B匝数远大于C的匝数，将线圈C作为副线圈，将电源分别与线圈A、B串联，导致线圈C的输出电压很小，电表读数较小，误差较大，B不符合题意；方案C的情况下，输出电压既不会超过量程也不会读数过小，比较合适，C符合题意。 2 3 4 5 1 (3)根据选择的实验方案，可算出A线圈的匝数nA ＝_________(用U1、U2表示)。 2 3 4 5 1 3．(10分)某同学用匝数可调的可拆变压器来探究“变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验： (1)下列操作正确的是________。 A．原线圈接学生电源直流电压，多用电表置于直流电压挡 B．原线圈接学生电源交流电压，多用电表置于交流电压挡 √ 变压器在交流电条件下才能正常工作，变压器在使用时，原线圈接学生电源交流电压，多用电表置于交流电压挡，故A错误，B正确。 2 3 4 5 1 (2)如图甲所示，一变压器的副线圈匝数模糊 不清，该同学为确定其匝数，原线圈选择 “0”“8”(×100匝)接线柱，测得电源电压 为10.0 V，副线圈电压为4.9 V，则此时接入 的副线圈可能是________。 A．“0”“2”接线柱 B．“0”“4”接线柱 √ 根据电压匝数关系有 ，原线圈的电压为10.0 V，副线圈的电压为4.9 V， ，可知原、副线圈的匝数比为2∶1，变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱，则副线圈接“0”和“4”两个接线柱，故A错误，B正确。 2 3 4 5 1 (3)如图乙所示，探究铁芯在变压器中的用途时，该同学先将上方的铁芯取出，再将铁芯缓慢向左水平推入，则观察到小灯泡亮度变化与铁芯作用分析正确的是________。 A．小灯泡变亮 B．小灯泡变暗 C．铁芯起到传送能量的作用 D．若将铁芯换成等大的铜块，则实验现象更明显 √ √ 将铁芯缓慢向左水平推入的过程中，线圈中的磁场增强，感应电动势增大，灯泡两端的电压增大，小灯泡变亮，变压器的铁芯的作用是导磁，尽量减少漏磁，其起到传递能量的作用，故A、C正确，B错误；铜不能被磁化，因此不能导磁，若将铁芯换成等大的铜块，则实验现象不明显，故D错误。 2 3 4 5 1 (4)你认为该实验的系统误差主要来源是_____________________________ _______ (写出一条即可)。 实验的系统误差主要来源是线圈和铁芯有一定的电阻且存在漏磁。 线圈和铁芯有一定的电阻且存在 漏磁 2 3 4 5 1 4．(10分)理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器、一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。 (1)甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1。你认为猜想合理的同学是____，你做出上述判断所依据的物理规律是______ ______________。 由变压器的工作原理可知，猜想合理的同学是甲同学。做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。 甲 法拉第 电磁感应定律 2 3 4 5 1 (2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究。为保证实验安全、有效地进行，应选用________________________电源。 为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12 V)交流电源。 低压(一般低于12 V)交流 (3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于____________挡，并选用________量程进行试测，大致确定被测数据后，再用适当的量程进行测量。 交流电压 最大 使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用最大量程进行试测。 2 3 4 5 1 5．(10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________。 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，然后选用适当的挡位进行测量 √ 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，应先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量，故D错误。 2 3 4 5 1 (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____________。 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的关系，需要控制其它量不变。 控制变量法 2 3 4 5 1 (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)。 √ 若变压器为理想变压器，当副线圈的电压变为原来的两倍时原线圈的匝数变为原来的 ，由于原、副线圈可能会损失一定能量，所以当副线圈的电压变为原来的两倍时，原线圈的匝数可能小于原来的 ，故B正确。 返回 2 3 4 5 1 谢 谢 观 看 ！ 第三章　 　交变电流 2 3 4 5 1 ＝ ＝ ＝ ＝＝，<，即Ua< ＝，又＝， ＝ ＝ ≈ $$