第3节 第1课时 实验：探究变压器电压与线圈匝数的关系-【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（鲁科版）

第3节　科学探究：变压器 第1课时　实验：探究变压器电压与线圈匝数的关系 一、实验目的 研究变压器电压与线圈匝数间的定量关系。 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 可拆变压器(如图)、低压交流电源、交流电压表、带夹的导线。 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，用多用电表分别测量副线圈的电压，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 2.00 V 3.98 V 1∶2 1∶2 100 800 2.00 V 16.00 V 1∶8 1∶8 100 1 600 1.00 V 15.99 V 1∶16 1∶16 400 200 6.00 V 3.00 V 2∶1 2∶1 400 800 1.00 V 1.99 V 1∶2 1∶2 400 800 4.00 V 8.00 V 1∶2 1∶2 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。 学生用书⬇第71页 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。 类型一　教材原型实验 一、实验原理及操作 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，次级电压将减小，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“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验中： (1)原线圈中接入的电源是　　　　； A.接入电压为220 V交流电源 B.接入学生电源12 V以下直流输出端 C.接入学生电源12 V以下交流输出端 (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“探究变压器电压与线圈匝数的关系”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)“探究变压器电压与线圈匝数的关系”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。 二、数据处理与分析 在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”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 学生用书⬇第72页 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：变压器原、副线圈电压与匝数关系为　　　　(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＝≈。 (2)线圈匝数之比＝＝，结合表格中的数据知，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。 针对练.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 (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　　　(填“原”或“副”)线圈的匝数。 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 根据表格中的数据，可得：在实验误差允许的范围内，　　　　　　　　　　　。 (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　　　　(填“原”或“副”)线圈。 答案：(1)C　(2)副　见解析　(3)原 解析：(1)变压器对恒定电流不起作用，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，如果变压器铁芯用整块铁芯，则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，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。故选C。 (2)根据题表中的数据可得，在实验误差允许的范围内，变压器原、副线圈两端电压之比等于匝数之比，即＝；因漏磁、铁芯和线圈发热等原因，变压器副线圈的输出电压会比理论值小，故N1一定是副线圈的匝数。 (3)理想变压器的输入功率等于输出功率，降压变压器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导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。 类型二　拓展与创新实验 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，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73页 1.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。 (1)下列器材中，实验需要的器材有　　　　。 A.干电池 B.低压交流电源 C. 220 V交流电源 D.条形磁铁 E.可拆变压器和导线 F.直流电压表 G.多用电表 (2)关于实验操作，下列说法正确的是　　　　。 A.为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V B.实验通电时，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 (3)在实验中，某同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。 答案：(1)BEG　(2)A　(3)增大 解析：(1)“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，提供低压交流电，同时还需要可拆变压器和导线，以及多用电表的交流电压挡来测量电压，故选B、E、G。 (2)变压器是为了改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，故A正确；实验通电时，若用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，就将人体并联在了电路中，会导致所测数据不准确，而且不能保证安全，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。 (3)根据电压比公式＝，保持原线圈两端的电压和副线圈的匝数不变，减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将增大。 2.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有一个原线圈(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　　　　　　　　　。 (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。 (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，再选用适当的量程进行测量。 答案：(1)甲　法拉第电磁感应定律　(2)低压(一般低于12 V)交流　(3)交流电压　最大 解析：(1)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。 (2)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。 (3)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。 3.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”)。 (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 答案：(1)6 V　(2)11 000　(3)Nb 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，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，由公式R＝ρ知，引线要粗，故a、d端接6 V。 (2)根据变压器工作原理知＝，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)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＝＝，则＜，结合表格中的数据可知，接电源的是Nb。 学生用书⬇第74页 学科网（北京）股份有限公司 $