第3章 第3节 第2课时 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

该高中物理课件聚焦“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，从实验原理（互感现象）切入，通过可拆变压器的组装与操作，衔接电磁感应知识，搭建从现象观察到规律总结的学习支架，帮助学生理解电压与匝数关系的建立过程。 其亮点在于以经典科学探究为核心，融合科学探究（控制变量法、误差分析）、科学思维（理想与实际模型对比）和物理观念（能量损耗分析）。例如通过多用电表测电阻判断匝数、绕制线圈定量测匝数等创新考法，培养学生实验操作与问题解决能力。学生能提升探究素养，教师可获得系统教学资源与多样化评价素材。

实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 (实验课——基于经典科学探究) 第2课时 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 03 训练评价——巩固、迁移和发展 04 实验准备——原理、器材和装置 一、实验装置 二、实验原理 交变电流通过原线圈时，在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时，输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 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，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.保持原线圈输入的电压和原线圈匝数不变，用多用电表交流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，用多用电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、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=。 三、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。 四、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。 1.进行数据分析时一般会发现副线圈输出电压都偏小，产生这一误差的原因可能是什么? 关键点反思 提示： (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。 2.用多用电表交流电压挡测电压时应注意什么问题? 提示：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。 实验考法——基础、变通和创新 考法(一)　实验基本操作 [例1]　(2025·福建宁德期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，实验室采用了如图所示的可拆变压器进行研究。 (1)为了完成该实验，已选用多用电表，还需选择的器材是_________；  A.有闭合铁芯的原、副线圈 B.无铁芯的原、副线圈 C.交流电源 D.直流电源 AC [解析]　为了尽量减小漏磁，变压器的原、副线圈需要绕在闭合铁芯上，故A正确，B错误；变压器正常工作需要交流电源，故C正确，D错误。 (2)对于实验过程，下列说法正确的是___________；  A.变压器原线圈可接入220 V的家庭电路 B.变压器副线圈不接负载时，副线圈两端仍有电压 C.实验中测电压的仪器是多用电表，且选择开关置于直流电压挡 B [解析]　为了确保安全，变压器原线圈应接入低压学生交流电源，故A错误；变压器副线圈不接负载时，副线圈两端仍有电压，由于负载电路断开，负载电路中没有电流，故B正确；实验中测电压的仪器是多用电表，由于原、副线圈中是交流电，实验中应将选择开关置于交流电压挡，故C错误。 (3)已知该变压器两组线圈的匝数分别为Na=400和Nb=800，有关测量数据如下表： 根据表中数据可得到的实验结论：_______________。  Ua / V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub / V 4.00 6.01 8.02 9.98 [答案]　见解析 [解析]　根据表格中的数据有≈=，可得到的实验结论：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数比。 考法(二)　数据处理和误差分析 [例2]　(2025·山东枣庄期中)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。 (1)为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是_______。  A.控制变量法 B.等效替代法 C.演绎法 D.理想实验法 A [解析]　为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法为控制变量法。故选A。 (2)用学生电源给原线圈供电，用多用电表测量副线圈两端电压，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，多用电表用直流电压挡 D.原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡 D [解析]　变压器的工作原理是互感，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，多用电表用交流电压挡，故A、B、C错误，D正确。 (3)在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间(接入匝数为800匝)，多用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱(接入匝数为400匝)之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可能为_______。  A.1.5 V B.3.5 V C.5.5 V D.7.0 V D [解析]　若是理想变压器，则变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为=，变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱，副线圈接“0”和“4”两个接线柱，可知原、副线圈的匝数比为2∶1，副线圈的电压为3 V，则原线圈的电压为U1=6 V，考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈的输入电压大于6 V，可能为7 V。故选D。 (4)图乙为某电学仪器原理图。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为该电学仪器电压输出部分，该部分与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2。在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当=__________时，R获得的功率最大。  [解析]　把变压器和R等效为一个电阻R1，R0看作电源内阻，当内外电阻相等时，即R1=R0时，输出功率最大，根据=，得=，又=，可得=，从而得出=时获得的功率最大。 [微点拨] (1)变压器工作时铁芯中存在变化的磁通量，为减少因铁芯中产生涡流引起的能量损失，铁芯由绝缘的硅钢片叠成。 (2)理想变压器原、副线圈功率相等，低压线圈匝数少、电流大、导线粗。 (3)题干中的“实际实验”意味着变压器不是理想变压器，存在漏磁、铁芯发热、导线发热等损失电压的情况，原线圈所接电压会略大于理论值。 考法(三)　源于经典实验的创新考查 [例3]　(2025·广东东莞期末)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(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倍率电阻挡先后测量了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_________ (选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。  A [解析]　根据电阻定律R=ρ可知，电阻率和横截面积相同时，导线越长，电阻越大，A线圈电阻比B的大，故A线圈匝数较多。 (2)该实验中输入端所接电源最适合的是_________。  A.220 V交流电源 B.220 V直流电源 C.12 V以内低压直流电源 D.12 V以内低压交流电源 D [解析]　为保证人身安全，应用12 V以内低压交流电源，故选D。 (3)如果把它看作理想变压器，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。请完成实验步骤的填空： a.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； b.将A线圈与低压交流电源相连接； c.用多用电表的___________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；  d.则A线圈的匝数为_________ (用题目中的物理符号表示)。 交流电压 　 [解析]　变压器输入电压和输出电压都是交流电压，所以要用交流电压挡测输入电压和输出电压。 根据变压器原、副线圈的电压比等于匝数比=，解得nA=。 [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)利用转化法定量测定变压器的匝数。 训练评价——巩固、迁移和发展 1.(2025·广东珠海期末)某同学需要通过一个变压器从家庭电路中得到12 V的交流电源，于是买了一个标记为“220/12 V”的变压器，如图甲所示，他看到变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗，没有相应的说明书。 (1)一般来说，同样材料和长度的导线，粗的导线比细的导线电阻小，适合承载稍_______ (填“大”或“小”)的电流。因此接家用220 V电源的引线应该是_________ (填“a、d”或“b、c”)；  大 b、c 解析：同样材料和长度的导线，粗的导线比细的导线电阻小，适合承载稍大的电流。 变压器输入功率等于输出功率，该变压器是降压变压器，根据P=UI可知，电压小的副线圈中的电流大，接家用220 V电源的引线应该是b、c。 (2)为了检验自己的上述判断是否准确，他借来一个学校实验室用的学生电源，从学生电源上输出22 V的电压代替家用电路中的220 V电压，按自己的判断接好线后，再用数字式多用电表(图乙)测量另外两个引线之间的电压，发现读数为1.25 V，说明他对哪一端接220 V的判断是________的(填“正确”或“不正确”)。  正确 解析：根据实验数据可知，该同学成功将电压降低，验证了引线a、d为降压变压器的输出端，引线b、c为降压变压器的输入端，说明他对哪一端接220 V的判断是正确的。 2.(2025·福建厦门期末)如图所示，小厦同学从家里旧电器上拆得一环形变压器，但变压器的铭牌已经污损无法看清参数。该同学想利用高中所学知识来测量该变压器原、副线圈两端的匝数。 (1)操作步骤如下： ①结合铭牌残存数据可知图中1、2为输入端，3、4为输出端，用多用电表电阻挡测量发现都导通； ②先在该变压器闭合铁芯上紧密缠绕n=100匝漆包细铜线，并将理想交流电压表接在细铜线两端； ③在原线圈(1、2端)上输入有效值为12 V的交流电，理想交流电压表的示数为3.0 V，则原线圈的匝数n1=________匝；把理想交流电压表接在3、4接线柱上，交流电压表的示数为1.8 V，则副线圈的匝数n2=_______匝。  400 60 解析：根据=，解得n1=400匝；根据=，解得n2=60匝。 (2)该变压器使用了两种规格的铜线绕制，结合前面数据可以推想其中较粗的铜线属于____________ (选填“原线圈”或“副线圈”)。  副线圈 解析：由实验数据可知该变压器为降压变压器，则副线圈电流大，所以需要较粗铜线绕制。 3.某同学学完变压器的工作原理后，利用如图甲所示的可拆卸变压器探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。请回答下列问题： (1)变压器的工作原理是__________。  A.电流的磁效应 B.通电导线间的相互作用 C.电磁感应现象 C 解析：变压器的工作原理是电磁感应现象，故选C。 (2)探究时，变压器原线圈的接线柱应接在学生电源的_________ (填“P”或“Q”)接线柱上。  Q 解析：本实验需要用到的是交流电源，可用学生电源交流输出挡，所以应接在学生电源的Q接线柱上。 (3)该同学组装好变压器，原线圈接“0”“16”，副线圈接“0”“4”，将多用电表的旋钮置于交流电压挡10 V处，并将多用电表接在原线圈两端，示数如图丙所示，则副线圈输出电压的理论值为_______；而考虑到实际，副线圈输出电压的实际值可能为_________。(均填字母代号)  A.0 V B.1.8 V C.1.5 V D.28.8 V B C 解析：由于交流电压挡的量程为10 V，则读数为7.2 V，又由题意可知，原、副线圈的匝数比为=，由=可得，副线圈输出电压的理论值为U2=1.8 V，故选B；考虑到实际，变压器在正常工作时应有能量损失，则有>，解得副线圈输出电压的实际值为U2<1.8 V，且大于0，故选C。 (4)由以上分析可知，该变压器为降压变压器，如果该变压器可视为理想变压器，则变压器的原线圈应用________ (填“较粗”或“较细”)导线。  较细 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，副线圈应用较粗的导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。 4.(2025·陕西西安期中)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。 (1)现有闭合的铁芯及粗导线、细导线各一根，要求学生自制一降压变压器，原线圈应用________ (选填“粗”或“细”)导线制成。  细 解析：根据变压器原、副线圈的电流与匝数的关系可知，降压变压器中，副线圈的电流较大，为了使线圈热功率较小，副线圈的电阻应较小，即副线圈应用粗导线制成，原线圈的电流较小，应用细导线制成。 (2)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因可能是_________。  A.原、副线圈上通过的电流发热 B.铁芯在交变磁场作用下发热 C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入电压发生变化 ABC 解析：原、副线圈上通过的电流发热，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微小差别，故A、B符合题意；变压器铁芯漏磁，通过原、副线圈的磁通量不相等，从而导致电压比与匝数比有微小差别，故C符合题意；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D不符合题意。 (3)在实验中，该同学保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将_______ (选填“增大”“减小”或“不变”)。 减小 解析：根据理想变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系=可知，保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将减小。 (4)现用自制的可拆变压器、学生电源、小灯泡及若干导线进行进一步探究。如图所示，开始横条铁芯放 在U形铁芯的A侧上，现把横条铁芯慢 慢推向B侧，直至与B完全闭合，此过 程中小灯泡亮度逐渐________ (选填“变亮”或“变暗”)。  变亮 解析：将横条铁芯放在U形铁芯的A侧上，把横条铁芯慢慢推向B侧，此过程中漏磁在逐渐减小，从而产生的感应电动势逐渐变大，故小灯泡亮度逐渐变亮。 5.“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。 (1)以下给出的器材中，本实验需要用到的有________。(填选项字母)  BDE 解析：做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验需要用到交流电源、交流电压表、变压器。故选B、D、E。 (2)下列说法正确的是__________。  A.变压器工作时，副线圈电压频率与原线圈不相同 B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法 C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12 V D.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 解析：变压器工作时，副线圈电压频率与原线圈相同，故A错误；实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法，故B正确；变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，交流电压不能超过12 V，故C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”，故D错误。 (3)为了减小能量传递过程中的损失，减小涡流，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横挡的铁芯的硅钢片应按照下列哪种方法设计_________。  D 解析：根据楞次定律和安培定则，作为横挡的铁芯中产生的涡流的方向与左侧面平行，还有一些与上表面平行，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，相互绝缘的硅钢片应平行于前表面(后表面)。故选D。 (4)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的_______值(选填“平均”“有效”或“最大”)。若在实验中用匝数n1=400匝和n2=800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，n1一定是________ (选填“原”或“副”)线圈。  实验次数 1 2 3 4 U1/V 0.90 1.40 1.90 2.40 U2/V 2.00 3.01 4.02 5.02 有效 副 解析：由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的有效值。由于有漏磁、原副线圈内阻分压等因素，所以副线圈实际测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器变压规律==，由表格数据知U1总是略小于U2，故n1一定是副线圈，n2一定是原线圈。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $