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配套课件（人教版）

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 3.变压器 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。 素养目标 探究过程 1 合作交流 2 课时测评 3 内容索引 2 3 4 5 6 1 探究过程 返回 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。 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∶2 400 400 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。 合作交流 返回 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。 (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 例1 B D 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 A 本实验需要运用的科学方法是控制变量法。故选A。 (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 nb 见解析 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。 例2 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 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。 B (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 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。 B (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 A C 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)你认为该实验的系统误差主要来源是________ (写出一条即可)。 见解析 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。 答案：1∶1.9 第三组数据＝≈。 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   (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)。 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＝。 ＝ 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   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)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)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 n2 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。 A 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)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。 A 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。 交流电压 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则A线圈的总匝数为__________(用题中所给字母表示)。 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＝。 返回 课时测评 返回 1.(10分)(2025·河北邯郸高二月考)在“探究变压 器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，某 同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究， 图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。 (1)对于实验过程，下列说法正确的有__________。 A.本探究实验采用了控制变量法 B.测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C.使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量 D.因为实验所用电压较低，通电情况下可用手接触裸露的导线、接线柱 A C 2 3 4 5 6 1 为便于探究，本实验采用控制变量法，故A正确；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；使用多用电表测电压时，为了安全，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量，故C正确；虽然实验所用电压较低，但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱，这样可减小实验误差，也可避免发生危险，故D错误。 2 3 4 5 6 1 (2)若变压器是理想变压器，电源接变压器原线圈“0”“8”接线柱，副线圈接“0”“4”接线柱，若副线圈所接电表的示数为6.0 V，则原线圈的输入电压应为____。 A.18.0 V B.12.0 V C.5.0 V D.3.0 V B 若变压器为理想变压器，则原线圈电压为U1＝U2＝×6 V＝12 V，故选B。 2 3 4 5 6 1 (3)该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验，若原、副线圈匝数比为8∶1，原线圈接12.0 V交流电压，则测量副线圈的交流电压表的实际读数可能是_____。 A.0　　 B.9.60 V　　 C.1.50 V　　 D.0.65 V D 假设变压器为理想变压器，则副线圈电压为U2'＝U1'＝×12 V＝1.5 V 考虑到铁芯未闭合的变压器不可视为理想变压器，则副线圈两端电压小于1.5 V，电压表测量有效值，则读数小于1.5 V。故选D。 2 3 4 5 6 1 2.(10分)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中： (1)原线圈中接入的电源是_______。 A.电压为220 V交流电源 B.学生电源12 V以下直流输出端 C.学生电源12 V以下交流输出端 C 做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验时，为了保证人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，故A、B错误，C正确。 2 3 4 5 6 1 (2)如图所示，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，小灯泡将变亮 C.若仅增加副线圈绕制的圈数，小灯泡将变亮 A C 2 3 4 5 6 1 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，根据原、副线圈的电压比等于匝数比，可知输出电压减小，小灯泡将变暗，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，输出电压增大，小灯泡将变亮，故C正确。 2 3 4 5 6 1 3.(10分)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，小胡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 B D 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 3 4 5 6 1 (2)小胡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是______。 A.48.0 V B.4.0 V C.3.6 V D.0 D 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。 2 3 4 5 6 1 (3)小胡正确选材并接线后，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 2 3 4 5 6 1 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。 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 2 3 4 5 6 1 4.(10分)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 B 为了减小涡流现象带来的损耗，变压器的铁芯是由彼此绝缘的硅钢片叠成的。故选B。 2 3 4 5 6 1 (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交流电压的有效值_______ (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＝，又＝，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，则实际输入的交流电压的有效值大于理论值。 2 3 4 5 6 1 5.(10分)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”的实验中： (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 C 2 3 4 5 6 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 6 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________。 A C 根据＝，可得U2＝，则U2-n2图像和U2-U1图像为过原点的倾斜直线，U2-n1图像为曲线。故选AC。 2 3 4 5 6 1 6.(10分)(2024·江苏南京高二期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中： (1)下列仪器中不需要的是__________。 A B “探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是低压交流电源，同时还需要多用电表来测量交流电压及可拆变压器、导线和开关，结合题目给定的器材，不需要的是A、B。 2 3 4 5 6 1 (2)实验时原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是_____。 A.原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡 D.原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡 C 根据实验原理可知，原线圈应接交流电压，副线圈用多用电表的交流电压挡。故选C。 2 3 4 5 6 1 (3)若某次实验中使用匝数n1＝400匝、n2＝800匝的变压器，测得的电压分别为U1＝3.6 V、U2＝8.2 V，据此可知______ (选填“n1”或“n2”)是原线圈匝数。 n2 若某次实验中用匝数n1＝400匝、n2＝800匝的变压器，测得的电压分别为U1＝3.6 V、U2＝8.2 V，则有＜，因为变压器不是理想的，存在漏磁、铁芯发热、导线发热等电能损耗，即副线圈电压小于原线圈电压的一半，则n2是原线圈匝数，n1是副线圈匝数。 2 3 4 5 6 1 (4)造成(3)中误差的原因可能为_________。 A.原线圈上的电流产生热量 B.副线圈上的电流产生热量 C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入电压发生变化 A B C 原、副线圈上通过的电流产生热量，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正确；变压器铁芯漏磁，从而导致电压比和匝数比不等，故C正确；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D错误。 2 3 4 5 6 1 (5)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计__________。 D 根据题意可知，由于变压器工作时会在铁芯Q中存在变化的 磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯 Q中不产生较大的涡流，如图所示，应通过相互绝缘的硅钢片使平行于efgh的各平面和平行于abfe的各平面都不能形成闭合回路，所以作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照平行于adhe平面的形式设计。故选D。 返回 2 3 4 5 6 1 谢 谢 观 看 第三章 交变电流 2 3 4 5 6 1 $