3.3.2 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验探究，通过控制变量法（保持U1、n1不变改变n2或保持n2、U1不变改变n1）展开操作，结合实验表格、误差分析等学习支架，衔接交变电流和电磁感应知识脉络。 其亮点是以科学探究为主线，通过自耦变压器实验典例和创新拓展（测量未知线圈匝数）培养科学思维，误差分析（漏磁、铜损等）体现模型建构，安全注意事项强化科学态度。采用实验探究与问题驱动法，助力学生提升探究能力，为教师提供系统教学资源。

第三章　交变电流 3．变压器 第2课时　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验必备·合作探究 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 1．实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 2．实验原理 (1)如图所示，变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈就存在输出电压。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (2)本实验通过与副线圈相连接的多用电表，观察原线圈电压变化时，副线圈输出电压的变化；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。 3．实验器材 可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、多用电表、低压交流电源、导线若干。 4．实验过程 (1)保持原线圈的匝数n1＝400匝和电压U1＝5 V不变，改变副线圈的匝数n2 ，研究n2对副线圈电压U2的影响。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） ①选择原线圈的匝数n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上，将选择开关调至使原线圈两端电压为5 V。将多用电表与原线圈n1＝400匝的接线柱相连接，检查原线圈的电压是否为5 V，如图甲。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 表格一　U1＝5 V，n1＝400匝 实验次数 1 2 3 n2/匝       U2/V       ②将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙，读出副线圈两端的电压U2。将n2、U2的数值记录在表格一中。 ③将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙，读出副线圈两端的电压U2。将n2、U2的数值记录在表格一中。 ④将多用电表与副线圈n2＝1 400匝的接线柱相连接，如图丁，读出副线圈两端的电压U2。将n2、U2的数值记录在表格一中。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。 表格二　U1＝5 V，n2＝400 匝 实验次数 1 2 3 n1/匝       U2/V       ①将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈。选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。 ②将选择开关拨至5 V挡。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） ③将多用电表与原线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。将n1、U2的数值记录在表格二中。 ④保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。将n1、U2的数值记录在表格二中。 ⑤保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1 400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。将n1、U2的数值记录在表格二中。 ⑥拆除实验线路，整理好实验器材。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 5．数据处理 分析表格一和表格二数据可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。 6．误差分析 (1)由于漏磁，通过原、副线圈的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)多用电表的读数存在误差。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 7．注意事项 (1)要事先推测副线圈两端电压的可能值。 (2)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，即使这样，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。 (3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。 (4)连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，然后请老师确认，只有这样才能接通电源。 (5)在改变学生电源、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 实验研析·创新应用 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 探究 教材原型实验 1．(2024·山东青岛高三期末)某同学利用自耦变压器探究降压时“变压器线圈两端的电压与匝数关系”的实验，变压器结构图如图所示。 典|例|剖|析 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 回答下列问题： (1)实验过程中为了安全选用了学生电源供电，连接电路时，应该将学生电源_________(选“直流”或“交流”)接线柱和自耦变压器的_________(选“AB”或“CD”)接线柱相连接； (2)在测量变压器副线圈上电压时，选用了多用电表进行测量，如果某次实验副线圈上的电压大约为6 V，则多用电表挡位选择开关应该旋至哪个位置？_________；正确选挡开始实验，刻度盘指针如图，读数为_________V； 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (3)实验时保持变压器原线圈输入电压不变，调节旋钮P的位置并记录数据，从所得数据发现原、副线圈电压比总是略大于对应匝数比，造成这一误差的原因可能是(说出一条即可)________________________。 答案：(1)交流　AB　(2)交流10 V　6.4 (3)有漏磁现象，铁芯内有涡流，线圈上有电阻 解析：(1)变压器工作需接交流电，为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，让副线圈上得到较低的电压，故电源连接自耦变压器的AB接线柱。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (2)实验副线圈上的电压大约为6 V，则多用电表档位选择交流10 V；由图可知，电压挡10 V的量程精度为0.2 V，则读数估读到0.1 V，故示数为6.4 V。 (3)主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁现象、铁芯内有涡流发热、导线线圈有电阻发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (多选)(2023·安徽高二期中)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。 对点训练❶ 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (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．变压器原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时可以选用多用电表的“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．变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采用一整块硅钢 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (2)小明同学把交流电源接在原线圈两端，调节学生电源使输出电压为30 V，用多用电表交流电压10 V挡测量副线圈两端电压，测量结果如图丙所示，则示数为_________V，原、副线圈匝数比最有可能的值是_________。(填选项前字母) A．4∶1 B．5∶1 C．6∶1 D．9∶1 答案：(1)CD　(2)4.4　C 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 解析：(1)为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，让副线圈上得到较低的电压，故A错误；变压器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”，故B错误；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；变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计的原因是为了减小涡流，提高变压器的效率，故D正确。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (2)由图丙可知，电压挡10 V的量程精度为0.2 V，则读数估读到0.1 V，故示数为U2＝4.4 V。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 探究 创新拓展实验 本实验的创新有两个视角： 视角一：不改变实验原理，改变实验目的，在原线圈两端电压和匝数一定时，用多用电表测出副线圈两端电压就可以求出副线圈的匝数。 视角二：不改变实验装置和实验目的，还可以探究变压器是否是理想变压器。 要|点|提|炼 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 2．如果把一个可拆变压器看成理想变压器，两个线圈分别为A、B，现要测量A线圈的匝数，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。 (1)请简要叙述实验步骤____________(写出要测的物理量，并用字母表示)。 (2)A线圈的匝数为nA＝_________。(用所测物理量符号表示) 典|例|剖|析 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 解析：(1)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈。 ②把低压交流电源接B线圈，用多用电表交流电压挡测得绕制的线圈的输出电压U。 ③用A线圈换下绕制的线圈用多用电表交流电压挡测得A线圈的输出电压UA。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 对点训练❷ 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 分压特性曲线对应图乙中的_________(选填“B”或“C”)；则限流式接法中滑动变阻器最大阻值的选择依据是_________。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (2)某实验小组用如图丙所示的实验装置探究“变压器的电压与匝数的关系”； 某次实验中，用匝数na＝200匝和nb＝400匝的线圈进行实验，测得数据如图丁所示，则原线圈的匝数为_________(选填“na”或“nb”)，电压比和匝数比不严格相等，原因有_____________________________。 答案：(1)C　R≈Rx　(2)nb　漏磁、铁芯发热、导线发热 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 课堂达标检测 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 1．(2024·北京房山高二期中)利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系： (1)(多选)除图中所示器材外，还需要的器材有_________。 A．干电池 B．低压交流电源 C．直流电压表 D．交流电压表 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (2)(多选)下列说法正确的是_________。 A．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 B．变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能 C．理想变压器输入功率等于输出功率，没有能量损失 D．变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (3)实验中，图中变压器的原线圈接“0,800匝”接线柱，所接电源电压为交流10.0 V，副线圈接“0,400匝”接线柱，则副线圈两端电压是_________。 A．20.0 V B．15.0 V C．5.0 V D．2.5 V 答案：(1)BD　(2)BC　(3)D　(4)> 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 解析：(1)变压器只能改变交流电的电压，必须要有低压交流电源提供交流电，故B正确，A错误；原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，故应用交流电压表测量输入和输出电压，故D正确，C错误。 (2)变压器的工作原理是电磁感应现象，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈的，故A错误；变压器工作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，故B正确；理想变压器不漏磁、无能量损失，输入功率和输出功率相等，故C正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不变，故D错误。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (4)根据理想变压器原理可知，原副线圈两端电压之比等于原副线圈匝数之比，即变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分能量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，所以实验测得的原、副线圈的电压比应当大于原、副线圈的匝数比。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 2．(2024·福建三明高二期末)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”： (1)下列操作正确的是_________。 A．原线圈接学生电源直流电压，电表置于直流电压挡 B．原线圈接学生电源交流电压，电表置于交流电压挡 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (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 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (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 (4)你认为该实验的系统误差主要来源是________________________ __________________ (写出一条即可)。 答案：(1)B　(2)B　(3)AC　(4)线圈和铁芯有一定的电阻与漏磁 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 解析：(1)变压器在交流电条件下才能正常工作，故A错误，B正确。 (3)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。 (4)实际的变压器的线圈有一定的电阻，且铁芯处存在漏磁，则实验的系统误差主要来源是线圈和铁芯有一定的电阻与漏磁。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 3．(2024·山西河津市高二期中)功放内部的变压器一般为环状，简称环牛(环牛效率极高，可看成理想变压器)，如图所示，某同学探究变压器输出电压与输入电压间的关系，并测量原、副线圈匝数。 实验器材有：一个输出电压可调的交流和直流两用稳压电源、多用电表、绝缘漆包线、可拆的环牛变压器。 实验步骤： 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） ①用漆包线在环牛铁芯上绕30匝，将绕制的线圈两端的绝缘漆刮去；将稳压电源电压调至U2，变压器副线圈接电源，用多用电表测量新绕制线圈两端电压U3； ②多次改变接到副线圈的电源电压U2，重复步骤①，得到多组U2、U3数据，记录在表格中； ③作出U2(纵轴)－U3(横轴)图像(国际单位)，图像为过原点的直线，求得图像的斜率为5.0； ④将多用电源电压调至18 V，接到原线圈两端，此时多用电表测得副线圈两端电压为4.5 V。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） (1)实验中线圈接电源时应接电源的_________(填“交流”或“直流”)输出端，多用电表测量电压时应将选择开关拨到_________(填“直流电压”或“交流电压”)挡。 (2)由实验得到的U2－U3图像可知，变压器中输出电压与输入电压成_________(填“正比”或“反比”)关系。 (3)该变压器原线圈有_________匝。 答案：(1)交流　交流电压　(2)正比　(3)600 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 解析：(1)实验要探究变压器电压与匝数关系，用到交流电源，因此线圈两端要接到电源的交流输出端；测量电压时多用电表应将选择开关拨到交流电压挡。 (2)由U2－U3图像为过原点的直线可知，变压器输出电压与输入电压成正比。 返回导航 第三章　交变电流 物理（选择性必修·第二册 RJ） 根据理想变压器的电压比等于匝数比，有＝＝， 考虑变压器有一定的电能损失，则最接近的匝数比为6∶1，故A、B、D错误，C正确。 答案：(1)见解析　(2)n (2)nA＝n。 (2024·浙江高三阶段练习)(1)探究限流式接法中滑动变阻器的选择依据，采用图甲所示的电路，探究滑片从下往上滑动过程中，负载电阻Rx两端的电压变化。已知滑动变阻器的最大阻值为R＝10 Ω，选择负载电阻Rx＝10 Ω，以Rx两端电压Ux与总电压的比值为纵轴，为横轴(R0为滑动变阻器接入电路部分电阻，R为滑动变阻器的最大阻值)，得到－分压特性曲线为图乙中的“A”；当R＝100 Ω时， 解析：(1)由题意可知当滑动变阻器的最大阻值R＝Rx时，－分压特性曲线为图乙中的“A”；当滑动变阻器的最大阻值R>Rx时，假设滑动变阻器接入电路的阻值不变，则负载电阻两端的电压不变，不变，减小，由图像可知分压特性曲线对应图乙中的C；分压特性曲线为图乙中的“B”时，变化较小，电压表示数变化较小，可采集的数据较少；分压特性曲线为图乙中的“C”时，电压表示数变化不是线性变化；分压特性曲线为图乙中的“A”时，电压表示数变化接近线性变化，故限流式接法中滑动变阻器最大阻值和负载电阻应接近，即R≈Rx。 (2)根据图中数据可以看出与电压之比近似相等，则原线圈的匝数为nb，电压比和匝数比不严格相等，原因有漏磁、铁芯发热、导线发热等。 (4)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_________(填“>”“＝”或“<”)原、副线圈的匝数比。 (3)如果是理想变压器，电压与匝数成正比＝＝ 故U1＝10.0 V时解得U2＝＝5.0 V 但是本题中变压器不是理想变压器，故副线圈输出电压应小于5 V，故选D。 (2)根据电压匝数关系有＝，解得n2＝3.92≈4，故A错误，B正确。 (3)由U2－U3图像斜率k＝＝5.0，根据电压与匝数成正比＝＝5， 可得n2＝150匝，根据＝，故n1＝4n2＝600匝。 $