实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 课件 -2027届高考物理一轮复习

高考总复习 物理 人教版 实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 索引 考点1 考点2 随堂达标检测 实验知识储备 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 课程标准　1.通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系,体会控制变量法。 2.会处理实验数据,了解实验误差的来源。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 01 实验知识储备 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 1.实验原理 (1)实验电路图(如图所示) (2)实验方法:控制变量法 ①n1、U1一定,研究n2和U2的关系。 ②n2、U1一定,研究n1和U2的关系。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 2.实验器材 学生电源(低压交流电源,小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干。 3.实验过程 (1)保持变压器原线圈的匝数n1和电压U1不变,改变副线圈的匝数n2,研究n2对副线圈电压U2的影响。 ①估计被测电压的大致范围,选择多用电表交流电压挡适当量程,若不知道被测电压的大致范围,则应选择交流电压挡的最大量程挡进行测量。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 ②组装可拆变压器:把两个线圈穿在铁芯上,闭合铁芯,用交流电压挡测量输入、输出电压。 (2)保持变压器副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变,研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响。重复(1)中步骤。 4.数据处理 由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 5.注意事项 (1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关,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,通电时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。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 02 考点1　教材原型实验 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2026·山东实验中学模拟)在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的实验中,学校某实验小组的同学们采用了如图甲、乙、丙所示的可拆式变压器和电路图进行研究。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (1)下列说法正确的是　　　。  A.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 B.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 C.降压变压器的副线圈导线最好比原线圈导线粗一些 AC 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2)在某次实验中,其中一个多用电表读数如图丁所示,此电压表读数为 　　　V。  7.4 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (3)同学们在实验过程中,记录如表所示的四组实验数据。   第一组 第二组 第三组 第四组 N1/匝 100 100 100 200 N2/匝 200 400 400 400 U1/V 1.85 0.91 1.81 3.65 U2/V 4.00 4.00 8.00 8.00 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 ①分析表中数据可知,N1应是　　　(选填“原”或“副”)线圈的匝数。  ②进一步分析数据可发现:原、副线圈电压比与匝数比不严格相等,对该现象分析,下列观点正确的是　　　。  A.原、副线圈的电压的频率不相等 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会发热 D.穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量 BC 副 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 [解析]　(1)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,A正确;不能使用直流电源,因为直流电源变压器不工作,B错误;降压变压器副线圈的电流大于原线圈的电流,所以副线圈导线最好比原线圈导线粗一些,C正确。 (2)根据题图丁,量程是10 V,所以电压表的读数是7.4 V。 (3)根据实验数据得U1<U2 ,N1是副线圈,原、副线圈电压比与匝数比不严格相等的原因是有铜损或者铁损。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 原、副线圈的电压的频率一定相等,A错误;变压器线圈中有电流通过时会发热,有铜损,导致原、副线圈电压比与匝数比不严格相等,B正确;铁芯在交变磁场的作用下会发热,有铁损,导致原、副线圈电压比与匝数比不严格相等,C正确;由于漏磁,则穿过副线圈的磁通量小于原线圈的磁通量, D错误。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2026·福建漳州质检)某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系,提供的实验器材有:学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。 图甲为实验原理图,在原线圈A、B两端加上 电压,用电压表分别测量原、副线圈两端的 电压,测量数据如表: 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 实验 序号 原线圈匝数 n1=400 原线圈两端 电压U1/V 副线圈匝数 n2=200 副线圈两端 电压U2/V 副线圈匝数 n3=1 400 副线圈两端 电压U3/V 1 5.8 2.9 20.3 2 8.0 4.0 28.1 3 12.6 6.2 44.0 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 请回答下列问题。 (1)在图乙中,应将A、B分别与　　　(选填“a、b”或“c、d”)连接。  c、d 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2)根据表中数据得出的实验结论:在实验误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于　　　 　　　　。  (3)在实验序号为2的测量中,若把图丙中的可动铁芯取走,副线圈匝数n2=200,则副线圈两端电压　　　。  A.一定小于4.0 V　　　　 B.一定等于4.0 V C.一定大于4.0 V 两个线圈的匝数之比 A 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 [解析]　(1)在“探究变压器线圈两端电压与匝数关系”的实验中,原线圈两端应接入交变电流,故应将A、B分别与c、d连接。 (2)根据表中数据可得,在实验误差允许范围内=,=,即在实验误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。 (3)若把题图丙中的可动铁芯取走,磁损耗变大,原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大,根据法拉第电磁感应定律知,副线圈两端电压一定小于4.0 V。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 03 考点2　拓展创新实验 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2026·山东青岛期末)某同学利用自耦变压器探究降压时“变压器线圈两端的电压与匝数关系”的实验,变压器结构图如图甲所示。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 请回答下列问题。 (1)实验过程中为了安全选用了学生电源供电,连接电路时,应该将学生电源　　　(选填“直流”或“交流”)接线柱和自耦 变压器的　　　(选填“A、B”或“C、D”)接线 柱相连接。   (2)在测量变压器副线圈上电压时,选用了多用电表 进行测量,如果某次实验副线圈上的电压大约为6 V, 则图丙所示多用电表挡位选择开关应该旋至哪个位 置?　 　 　;正确选挡开始实验,刻度盘指针如图 丁所示,读数为　 　　V。   交流 A、B 交流10 V 6.4 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (3)实验时保持变压器原线圈输入电压不变,调节旋钮P的位置并记录数据,从所得数据发现原、副线圈电压比总是略大于对应匝数比,造成这一误差的原因可能是(说出一条即可) ____________________________________ _____________。   有漏磁现象;铁芯内有涡流;线圈上有电阻(一条即可) 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 [解析]　(1)变压器工作需接交变电流,为确保实验安全,实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数,让副线圈上得到较低的电压,故电源连接自耦变压器的A、B接线柱。 (2)实验时副线圈上的电压大约为6 V,则题图丙中多用电表挡位选择交流10 V;由题图丁可知,电压挡10 V的量程精度为0.2 V,故示数为6.4 V。 (3)主要原因是变压器不是理想变压器,有漏磁现象、铁芯内有涡流发热、导线线圈有电阻发热等能量损耗,使副线圈两端电压偏低。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2026·上海淞沪模拟)功放内部的变压器一般为环状,简称环牛,如图所示。某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系(环牛效率极高,可看成理想变压器)。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n1、n2的方法是:先在闭合铁芯上紧密缠绕n=70匝漆包细铜线,并将理想交流电压表V1接在细铜线两端;然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为24.0 V的低压交流电,再将理想交流电压表V2连接在次级线圈(右侧)上,若理想交流电压表V1的示数为3.0 V,理想交流电压表V2的示数为12.0 V,则次级线圈的匝数n2=　　　。  (2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u=220sin 100πt(V)的电压,则连接在次级线圈(右侧)上理想交流电压表V2的示数为　　　V。  280 110 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (3)由于变压器工作时有能量损失,实验中测得的原、副线圈的电压比 　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)原、副线圈的匝数比。  (4)实验误差的原因可能是　　　。  A.变压器的铁芯漏磁 B.原线圈所加电压小 C.变压器的铁芯产生涡流 AC 大于 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 [解析]　(1)根据理想变压器变压规律得=,= 解得n1=560,n2=280。 (2)初级线圈所接交流电压的有效值U1==220 V 根据理想变压器变压规律得= 解得U2=110 V。 (3)由于变压器工作时有能量损失,导致副线圈电压实际值比理论值小,故实验中测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (4)变压器的铁芯漏磁,会造成副线圈电压实际值比理论值小,故A正确;原线圈所加电压小,不会造成副线圈电压实际值比理论值小,故B错误;变压器的铁芯产生涡流,会造成副线圈电压实际值比理论值小,故C正确。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 04 随堂达标检测 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 1.(2025·江苏卷)用图示可拆变压器进行探究实验,当变压器左侧的输入电压为2 V时,若右侧接线柱选取“0”和“4”,右侧获得4 V输出电压,则左侧接线柱选取的是(　　) A.“0”和“2”　　　　　　 B.“2”和“8” C.“2”和“14” D.“8”和“14” 解析:根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数关系 可知,=,其中U1=2 V,U2=4 V,n2=4,可得n1=2,A正确。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 2.实验室有一个变压器,一侧线圈的标记为200匝,另一侧线圈匝数无标记,小明对它进行了实验探究。他用200 匝的线圈作为原线圈,用匝数未知(记为N)的线圈作为副线圈,如图甲所示,分别测量不同输入电压对应的输出电压,测量结果如表1所示;将原、副线圈互换,如图乙所示,重复上述操作,测量结果如表2所示。实验过程中电源、电压表均正常工作。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论   第1组 第2组 输入电压U1/V 4.0 1.9 输出电压U2/V 8.0 3.7 电压比U1/U2 0.50 0.51 表1 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论   第3组 第4组 输入电压U1'/V 8.2 6.1 输出电压U2'/V 3.2 2.3 电压比U1'/U2' 2.56 2.65 表2 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 分析表中数据,以下推理正确的是(　　) A.若线圈的200匝标识是准确的,则匝数N多于400匝 B.按图甲实验时变压器没有损耗,按图乙实验时变压器有损耗 C.按图甲实验时两侧线圈中电流频率相同,按图乙实验时频率不同 D.若使用直流电源进行以上实验,能够较好地得到=的规律 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 解析:若线圈的200匝标识是准确的,200匝的线圈作为原线圈时,原、副线圈电压比为0.5,则匝数N约为400匝,故A错误;按题图甲实验时变压器没有损耗,则原、副线圈匝数比为0.5,按题图乙实验时原、副线圈匝数比约为2.6,理论上原、副线圈电压比为2,但实验上电压比大于2,故题图乙实验时变压器有损耗,故B正确;变压器不改变电流频率,实验时两侧线圈中电流频率均相同,故C错误;若使用直流电源进行以上实验,无法发生电磁感应,副线圈无电流,故D错误。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 3.(2026·湖北模拟)某同学探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 (1)正确组装可拆变压器后,如图(a)所示,接入学生电源,选择合适的挡位,应使用多用电表的　　　　 (选填“直流电压”或“交流电压”)挡测量。  交流电压 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2)保持原线圈输入的电压一定,改变原、副线圈的匝数,测量副线圈上的电压,数据如表所示。 组别 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圏电压U1/V 副线圏电压U2/V 1 300 60 6.2 0.9 6.89 2 300 120 6.2 2.1 2.95 3 300 180 6.2 3.3 1.88 4 600 180 6.2 1.5 4.13 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 分析第1、2、3组数据,大致可得出结论:原线圈电压和匝数不变时,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;分析第3、4组数据,大致可得出结论:原线圈电压和副线圈匝数不变时,原线圈匝数越少,副线圈电压越高。  (3)进一步分析实验数据,发现副线圈电压总比理论值小,其原因可能是__________________________________________________________。  变压器不是理想变压器,有漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗 副线圈匝数越多,副线圈电压越高 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (4)该同学找到了一只标有“220 V　9 V”的变压器,其上有a、b、c、d四个引出线头,且a、b引线比c、d引线粗,如图(b)所示。使用时,应该把引线 　　　(选填“a、b”或“c、d”)接交流“220 V”。  c、d 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 解析:(1)变压器原、副线圈上都是交流电,则应使用多用电表的交流电压挡测量。 (2)分析第1、2、3组数据,大致可得出结论:原线圈电压和匝数不变时,副线圈匝数越多,副线圈电压越高。 (3)进一步分析实验数据,发现副线圈电压总比理论值小,其原因可能是变压器不是理想变压器,有漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗。 (4)因电压越低,则电流越大,导线越粗,可知应该把引线c、d接交流“220 V”。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 4.一个教学用的简易变压器,两线圈的匝数未知,某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。 (1)为完成该实验,除了选用交流电压表、导线外,还需要选用低压_______ (选填“直流”或“交流”)电源。  交流 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C,然后将简易变压器的 A、B两线圈依次接电源,用电压表分别测出线圈A、线圈B及线圈C两端 的电压,记录在下面的表格中,则线圈A的匝数为　　　匝,线圈B的匝数为 　　　匝。  A线圈电压 B线圈电压 C线圈电压 8.0 V 3.8 V 0.2 V 400 190 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (3)为减小线圈匝数的测量误差,你认为绕制线圈C的匝数应该_________ (选填“多一些”或“少一些”)更好。  多一些 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 解析:(1)需要选用低压交流电源,才能产生交变的磁场。 (2)根据变压器原理有=,解得nA=nC=400匝,同理有=,解得nB=nC=190匝。 (3)根据=,可知C的匝数越多,C的电压示数越大,测量更准确,故线圈C的匝数应该多一些。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 5.(2025·山东卷)某实验小组为探究远距离高压输电的节能优点,设计了如下实验。所用实验器材如下: 学生电源; 可调变压器T1、T2; 电阻箱R; 灯泡L(额定电压为6 V); 交流电流表A1、A2、A3,交流电压表V1、V2; 开关S1、S2,导线若干。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 部分实验步骤如下: (1)模拟低压输电。按图甲连接电路,选择学生电源交流挡,使输出电压为12 V,闭合S1,调节电阻箱阻值,使V1示数为6.00 V,此时A1(量程为250 mA)示数如图乙所示,为　　　mA,学生电源的输出功率为　　　W。  200 2.4 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 (2)模拟高压输电。保持学生电源输出电压和电阻箱阻值不变,按图丙连接电路后闭合S2。调节T1、T2,使V2示数为6.00 V,此时A2示数为20 mA,则低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的　　　倍。  (3)A3示数为125 mA,高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了　　　W。  0.9 100 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 解析:(1)由题图乙可知A1的示数为I1=200 mA,又学生电源的输出电压为 12 V,由题图甲可知A1测量干路电流,则学生电源的输出功率为P低=UI1= 2.4 W。 (2)电阻箱阻值不变,由P=I2R可知低压输电时电阻箱消耗的功率与高压输电时电阻箱消耗的功率之比为=100,则低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的100倍。 (3)高压输电时学生电源的输出功率为P高=UI3=1.5 W,则高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了ΔP=P低-P高=0.9 W。 返回导航 第十三章　交变电流　传感器　电磁波　相对论 $