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-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

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.通过实验数据分析得出变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，培养学生科学分析数据、得出实验结论的能力。 【原理探究】 活动1.请画出本实验的实验电路图。 　　　　　　　　　　　　　 提示：实验电路图如图所示。 活动2.为了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，本实验采用什么研究方法？ 提示：控制变量法。 活动3.本实验中需要用到哪些实验器材？ 提示：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。 【实验过程】 一、进行实验 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。 学生用书⬇第86页 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。 二、数据记录与分析 1.将不同的原、副线圈接入电路，测出线圈两端的电压并填入下表。 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 4 V 1∶2 1∶2 100 400 2 V 8 V 1∶4 1∶4 200 400 4 V 8 V 1∶2 1∶2 续表 原线圈 匝数n1 副线圈 匝数n2 原线圈 电压U1 副线圈 电压U2 400 400 6 V 6 V 1∶1 1∶1 400 100 8 V 2 V 4∶1 4∶1 400 100 4 V 1 V 4∶1 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。 【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。 【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。 一　教材原型实验 (2025·甘肃白银高二期末)某实验小组用可拆变压器做“探究变压器原、副线圈两端的电压和匝数的关系”的实验，可拆变压器零部件和组装后的变压器如图所示。 学生用书⬇第87页 (1)在下列给出的器材中，本实验需要用到的有　　　　。 A.干电池 B.学生电源 C.直流电压表 D.多用电表 (2)本实验通过改变原、副线圈匝数来探究原、副线圈两端的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是　　　　。 A.控制变量法 B.等效替代法 C.整体隔离法 (3)某次用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈进行实验，测量的数据如下表所示，原线圈的匝数为　　　　(选填“na”或“nb”)。可得出结论：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 答案：(1)BD　(2)A　(3)nb　见解析 解析：(1)实验中，变压器原线圈需要输入交流电压，而干电池只能输出恒定直流电压，学生电源可以输出交流电压，故A错误，B正确； 实验中，变压器副线圈输出交流电压，而直流电压表只能测量直流电压，多用电表可以测量交流电压，故C错误，D正确。 (2)本实验需要运用的科学方法是控制变量法。故选A。 (3)由题表数据可知，变压器并非理想变压器即有能量损失，所以原线圈的匝数为nb，副线圈的匝数为na，在误差允许范围内，原、副线圈两端的电压之比近似等于匝数之比。 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”的实验。 (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 (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 (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.铁芯能够提高能量的传送效率 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)见解析 解析：(1)变压器在通入交变电流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)原线圈的电压为10.0 V，副线圈的电压为4.9 V，≈，根据＝，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。 (3)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，减少漏磁，能够提高能量的传送效率，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，则实验现象并不会更明显，故D错误。 (4)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。 针对练.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”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，请把求出的结果填在表格中。 (2)本实验可得出结论：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈电压与匝数的关系为　　 　　　　　　　　(用题目中给出的字母表示)。 答案：(1)1∶1.9　(2)＝ 解析：(1)第三组数据＝≈。 (2)线圈匝数之比＝＝，结合题表中的数据可知，在误差允许的范围内，线圈两端电压与匝数的关系为＝。 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”)。 学生用书⬇第88页 (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。 (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n1＝80匝和n2＝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“n1”或“n2”)。 U1/V 1.80 2.80 3.80 U2/V 4.00 6.01 8.02 答案：(1)6 V　(2)11 000　(3)n2 解析：(1)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，为了减小能量损耗，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)根据变压器匝数与电压的关系可知，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)考虑到能量损耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。由题知＝＝，＜，即U1＜U2，可知接电源的是n2。 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电阻挡先后测量了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。 (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：一根足够长的导线(有绝缘层)、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”)线圈全部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)。 答案：(1)A　(2)②A　③交流电压　④ 解析：(1)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。 (2)②因为要测量A线圈总匝数，所以要把A线圈全部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根据变压器原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比，有＝，可得nA＝。 学科网（北京）股份有限公司 $