第3章 第3节 第2课时 实验：探究变压器电压与线圈匝数的关系（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版 福建专用）

该高中物理课件聚焦“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验，从实验原理出发，通过控制变量法展开，涵盖实验准备、操作、考法及评价，构建从器材使用、数据处理到误差分析的完整学习支架，帮助学生衔接电磁感应与变压器原理。 其亮点在于以经典科学探究为主线，融合科学探究（如实验步骤设计、数据表格分析）与科学思维（控制变量法应用、误差归因），通过创新考法（如用多用电表测电阻判断匝数）和迁移训练，培养学生探究能力与严谨态度，为教师提供系统教学资源，助力提升课堂效率。

实 验：探究变压器电压与线圈匝数的关系 第2课时 (实验课——基于经典科学探究) 实验准备——原理、器材和装置 实验操作——过程、细节和反思 01 02 CONTENTS 目录 实验考法——基础、变通和创新 训练评价——巩固、迁移和发展 03 04 实验准备——原理、器材和装置 一、实验装置 所需器材:可拆变压器(如图)、低压交流电源、交流电压表、带夹的导线。 二、实验原理 当交流电压接入原线圈时，它所产生的变化的磁场就会在副线圈中产生感应电动势。 1.保持原线圈两端电压和匝数不变，改变副线圈的匝数，用交流电压表测出副线圈两端的电压。 2.保持原线圈两端电压和副线圈匝数不变，改变原线圈的匝数，用交流电压表测出副线圈两端的电压。 实验操作——过程、细节和反思 一、实验步骤 1.如图所示，连接好电路，并记录两个线圈的匝数。 2.保持原线圈输入的电压和原线圈匝数不变，用交流电压表测量原线圈电压，并记录在表格中。 3.改变副线圈匝数，用交流电压表分别测量副线圈上的电压，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，用交流电压表分别测量副线圈上的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。 二、数据处理 请将实验数据填入设计的表格中，并根据数据分析比值和之间的关系。 三、实验结论 实验分析表明，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比，即=。 四、误差分析 由于存在能量损耗，所以副线圈测量电压值应小于理论电压值。 五、注意事项 1.在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 2.为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。 3.为了保证交流电压表的安全，使用交流电压表测电压时，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。 1.原线圈所接的交流电源的电压能超过12 V吗? 关键点反思 提示：不能。原线圈所接的交流电源的电压超过12 V，易造成操作人员人身安全问题。 2.手能触及裸露的导线吗? 提示：不能。副线圈两端的电压超过安全电压时，手触及裸露的导线易造成触电危险。 3.用电压表测量副线圈两端的电压时，电压表的挡位应如何选择? 提示：为避免损坏交流电压表，应先用最大量程挡试测。 实验考法——基础、变通和创新 考法(一)　实验基本操作 [例1]　某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验。他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干。 (1)实验需要以下哪种电源____；  A.低压直流电源　　　 B.高压直流电源 C.低压交流电源 D.高压交流电源 [解析]　探究变压器原、副线圈电压与匝数关系，应选择低压交流电源。故选C。 C (2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈电压值。由于交流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的______值 (填“有效”或“最大”)。其中一次多用电表读数如图甲所示，此时电压表读数为_____ V；  有效 7.2 [解析]　多用电表测量的是交流电压的有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0~10 V挡位读数，读数应该是7.2 V。 (3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成_______(填“正比”或“反比”)；  正比 [解析]　根据=，可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比。 (4)由于实验中变压器的铜损和铁损导致变压器并非理想变压器。实验中，图乙中变压器的原线圈接“0，8”接线柱，副线圈接“0，4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则原线圈所接电源电压可能为______。  A.16.0 V B.10.0 V C.5.0 V D.2.5 V A [解析]　实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值小于理论值，>，所以U1>U2=×5 V=10 V，故选A。 [例2]　在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，利用如图甲所示的可拆变压器能方便地探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。 考法(二)　数据处理和误差分析 (1)这个探究过程采用的科学探究方法是____________。  控制变量法 [解析]　当一个物理量与多个物理量相关时，应采用控制变量法。 (2)某次实验中得到实验数据如表所示，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈两端的电压，通过实验数据分析，你的结论是____ ________________________________ __________________________。  实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 600 400 8.9 2.1 2 800 400 8.9 4.3 3 800 400 6.6 3.2 4 800 400 4.5 2.1 5 800 100 8.6 1.0 6 200 400 8.9 17.0 在误 差允许的范围内，原、副线圈的电压比与匝数比相等，即= [解析]　通过分析表中数据可得结论，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压比与匝数比相等，即=。 (3)①发现上述表中实验数据没有严格遵从变压器原、副线圈电压与匝数的关系，分析下列可能的原因，正确的是________。  A.原、副线圈的电压不同步 B.变压器线圈中有电流通过时会发热 C.铁芯在交变磁场的作用下产生涡流会发热 D.原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 BCD [解析]　通过实验数据发现，实验过程中有能量的损失，主要原因为绕制线圈的铜导线发热、铁芯中的涡流发热和铁芯对磁场的约束不完全而出现漏磁，故A错误，B、C、D正确。 ②如图乙，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于_______。  A.平面abcd B.平面abfe C.平面abgh D.平面aehd D [解析]　根据楞次定律和右手螺旋定则，产生的涡流的方向平行于面abcd，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，相互绝缘的硅钢片应垂直面abcd，即平行于面aehd或abfe，又考虑减小整个铁芯中的涡流，故应平行于面aehd，故A、B、C错误，D正确。 ③某同学在完成上述实验后，采用如图丙所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小)，为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开______。  A.导线A B.导线B C.开关C D.导线D A [解析]　实验结束时，应先把电压表从电路中断开，否则在断开开关瞬间，变压器原线圈两端会产生大电压烧坏电压表，故应先断开导线A，故B、C、D错误，A正确。 微点拨 (1)因有漏磁、铁芯中涡流和原副线圈中电流引起的发热，出现原、副线圈上的电压之比与匝数之比并不严格相等。 (2)实验结束时应先断开因磁通量突变会产生高压的电路，以保证电路中各元件的安全。  [例3]　有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。 考法(三)　源于经典实验的创新考查 (1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断____线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。  A [解析]　欧姆表示数等于指针示数与挡位的乘积，用同一挡位测电阻，指针偏角越大，所测电阻阻值越小，指针偏角越小，电阻阻值越大，由题图乙可知，a位置指针偏角小，线圈A的电阻大，线圈A的匝数较多。 (2)如果把它看成理想变压器，现要测定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。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示) _________________ ________________________________________________________。  [解析]　实验步骤：①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈； ②将A线圈与低压交流电源相连接； ③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U； ④然后求线圈A的匝数。 (3)A线圈的匝数为nA=_______(用所测物理量符号表示)。  [解析]　根据理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比， 有=，则nA=n。 n 创新分析 (1)利用多用电表测电阻的形式简单地判断匝数的多少。 (2)利用转化法定量测量变压器的匝数。 训练评价——巩固、迁移和发展 1.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 C 解析：变压器改变的是交流电压，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，如果变压器铁芯是用整块硅钢，则在电磁感应的作用下，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，用到控制变量法，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，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。 (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　　线圈的匝数。(填“原”或“副”)  根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原、副线圈两端电压与匝数的关系：_______________________________________________________ ______________。  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 在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于两线圈 副 的匝数之比 解析：实际变压器存在漏磁等损耗，导致原、副线圈的电压比小于匝数比，故由数据可知N1一定是副线圈的匝数；由表可知，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于两线圈的匝数之比，则=。 (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，应将导线较细的线圈作为____线圈。(填“原”或“副”)  解析：理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以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铜导线绕制，故应将导线较细的线圈作为原线圈。 原 2.(2024·山东菏泽高二阶段练习)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中： (1)实验室中有下列器材： A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈) B.条形磁铁 C.开关、导线若干 D.交流电压表 在本实验中，上述器材不用的是____(填器材序号字母)，还需用到的器材有_______________(填“直流电源”或“低压交流电源”)。  低压交流电源 B 解析：“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，题述器材在实验中不用的是条形磁铁。故选B。实验中还需用到的器材是低压交流电源。 (2)某学生做实验时，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_______(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_______ (选填“增大”“减小”或“不变”)；上述探究过程采用的实验方法是_____________。  增大　 减小　 控制变量法 解析：某学生做实验时，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，因原、副线圈电压之比等于两线圈匝数之比，即=，则会观察到副线圈两端的电压增大；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，可知将观察到副线圈两端的电压减小；上述探究过程采用的实验方法是控制变量法。 (3)若实验电路图如图(b)所示，实验时n1=800匝，n2=400匝，断开S，接通电源，观察到电压表的读数为6 V，若可拆变压器可视为理想变压器，则： ①变压器的输入电压有效值为_______。  A.3 V　　　　B.6 V C.12 V D.15 V C 解析：根据变压器变压原理可得U1=U2=×6 V=12 V，故选C。 ②若灯泡的额定电压为6 V，闭合S，灯泡能否正常发光?　　　(填“能”或“不能”)。  能 解析：灯泡的额定电压为6 V，实验时变压器为理想变压器，次级电压等于6 V，灯泡能正常发光。 3.(2024·北京高二月考)物理研究课上，同学们用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。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流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” 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 C 解析：为确保实验安全，实验中要求副线圈匝数小于原线圈匝数，使得次级电压较小，故A错误；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B错误；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。 (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 AC 解析：变压器线圈通电时会产生磁场，而变压器上端的横条铁芯相当于磁铁，线圈对横条铁芯有吸引力作用，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，副线圈两端电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈两端电压增大，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能会使学生电源的过载指示灯亮起，故C正确。 (3)将与灯泡相连的线圈拆掉匝数，其余装置不变继续实验，灯泡亮度将______(选填“变亮”或“变暗”)，这说明灯泡两端的电压______(选填“变大”或“变小”)。  解析：将与灯泡相连的线圈拆掉匝数，即次级线圈匝数减小，则次级电压减小，则灯泡亮度将变暗，这说明灯泡两端的电压变小。 变暗　 变小 (4)实验中发现，在所有连接都完好的情况下，电路接通后，灯泡始终不亮，但却在电路接通或断开的瞬间，灯泡会闪亮一下，原因是__________________________________________。  变压器的初级线圈连接的是学生电源的“直流” 解析：实验中发现，在所有连接都完好的情况下，电路接通后，灯泡始终不亮，但却在电路接通或断开的瞬间，灯泡会闪亮一下，原因是变压器的初级线圈连接的是学生电源的“直流”。 4.某课外探究小组做探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验，请将下列实验的有关内容补充完整。 (1)利用如图甲所示的电路来探究变压器线圈两端电压与匝数间的关系。已知理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2 =6∶1，N是原线圈的中心抽头，图中两块电表均为理想电表，除滑动变阻器外的电阻均不计。当将电压U1加在原线圈两端时，两块电表的示数为U2、I2；若保持电压U1不变，只将S由M合向N，两表的示数分别为U3=_____、I3=_____；若输入电压增加12 V时，副线圈的电压增加___ V。  2U2 2I2 2 解析：保持电压U1不变，只将S由M合向N时，原线圈匝数将减小一半，根据原、副线圈电压与匝数的关系得==== 所以副线圈电压U3=2U2 依据欧姆定律得I2=，I3===2I2 若输入电压增加12 V时，== 解得U=2 V，副线圈的电压增加2 V。 (2)如图乙所示的电路，理想变压器原线圈匝数为n1，接一理想电流表；副线圈接入电路的匝数n2可以通过滑动触头P调节，副线圈与定值电阻R0和压敏电阻R相连接，物块m置于压敏电阻上。已知压敏电阻的阻值随压力的增大而变小。现保持原线圈输入电压不变，则触头P右移增大n2，电流表示数将_____，只增大物块对R的压力，电流表示数将_____，原线圈的输入功率将_____(选填“增大”“减小”或“不变”)。  增大 增大 增大 解析：根据理想变压器的电压与匝数的关系可知，当副线圈的匝数n2增大时，则变压器副线圈的电压增大，副线圈的功率增大，由原、副线圈功率相等U1I1=U2I2，得原线圈电流增大，故电流表示数增大；当增大物块对R的压力时，R的阻值会变小，在电压不变的情况下，副线圈电流会变大，原线圈的电流也会变大，所以电流表的示数增大，原线圈的输入功率增大。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $