人教版高中物理选择性必修第二册第三章交变电流3变压器第2课时探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系课件（64页ppt）

(共64张PPT)
第三章　交变电流
3. 变压器
第2课时　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
第*页
研习任务一　实验原理与操作
教材　认知
1. 实验目的
研究变压器原、副线圈电压与线圈匝数间的定量关系.
2. 实验器材
可拆变压器、低压交流电源、多用电表、带夹的导线.
3. 实验原理与设计
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.
采用控制变量法（原线圈输入的电压是一定的）：
（1）n1一定，研究n2和U2的关系.
（2）n2一定，研究n1和U2的关系.
4. 实验步骤
（1）保持原线圈的匝数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.实物接线如图所示.
①选择n1＝400，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上.
②调节学生电源的选择开关，使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示.
③将多用电表与副线圈200匝的接线柱相连接，如图乙所示，读出副线圈两端的电 压，将数据计入表格一中.
④保持n1＝400匝，U1＝5 V不变，将多用电表与副线圈800匝的接线柱相连接，如图 丙所示.读出副线圈两端的电压，将数据计入表格一中.
⑤保持n1＝400匝、U1＝5 V不变，将多用电表与副线圈1 400匝的接线柱相连接，如图 丁所示.读出副线圈两端的电压，将数据计入表格一中.
表格一
实验次数 1 2 3
n2/匝
U2/V
（2）保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈 电压的影响.
①将（1）中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈.
②选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上.
③将选择开关拨至5 V挡.
④将连接电源的两根导线与原线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电 压，将数据计入表格二中.
⑤保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线 柱相连接，读出副线圈两端的电压，将数据计入表格二中.
⑥保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1400匝的接线 柱相连接，读出副线圈两端的电压，将数据计入表格二中.
表格二
实验次数 1 2 3
n1/匝
U2/V
⑦拆除实验线路，整理好实验器材.
研习　经典
[典例1]　某班物理实验课上，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. 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
D. 测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进 行测量
E. 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
F. 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
CDF
解析：（1）为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线 圈匝数，故A错误；变压器只能改变交流电的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输 出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故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，改变副线圈的匝 数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；为了保护电表，测量副线圈电 压时，先用最大量程挡试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故D正 确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，不是铁 芯导电，传输电能，故E错误，F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
解析：（2）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，根据变压比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕 制的圈数，根据电压比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根 据电流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确.
AC
名师点评
　　本实验用的是交流电源，所以一定要用交流电压表，这也是高中物理中仅有的使 用交流电压表的实验.
对应　训练
1. 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可 供选择的器材：
A. 可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B. 条形磁铁
C. 直流电源
D. 多用电表
E. 开关、导线若干
（1）上述器材在本实验中不必用到的是 （填器材前的序号）.
解析：（1）由本实验的实验原理可知，本实验不必用到的器材是条形磁铁和直流电 源，故选BC.
（2）本实验中还需用到的器材有 .
解析：（2）为使实验安全，本实验用到的电源是学生电源，且利用低压交流挡.
BC　
（低压）交流电源　
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研习任务二　实验数据处理与分析及注意事项
教材　认知
1. 实验数据处理
分析表格一和表格二可知，理想变压器原、副线圈两端电压之比等于两个线圈的匝数 之比，实验误差主要来源于以下几方面：
（1）由于漏磁，通过原、副线圈的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）铁芯中产生涡流（铁损），使得铁芯发热，造成误差.
2. 注意事项
（1）在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先 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 ，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 挡试 测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.
断开　
12 V　
最大量程　
研习　经典
[典例2]　在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，用匝数na＝60匝和 nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表所示.
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根据测量数据可判断连接电源的线圈是 （填“na”或“nb”）.
解析：由于存在漏磁，所以副线圈测量电压值应该小于理论变压值，即nb为输入端， na为输出端.
nb　
对应　训练
2. 在探究变压器两个线圈的电压关系的实验中，操作步骤如下：
①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；
②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；
③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接 上小灯泡；
④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤.
（1）以上操作的合理顺序是 （只填步骤前数字序号）.
解析：（1）在探究变压器两个线圈的电压关系的实验中，首先将两个线圈套到可拆 变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一 个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线 圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤，顺序为①③②④.
①③②④　

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研习任务三　创新实验设计
研习　经典
[典例3]　小明同学利用小灯泡定性判断变压器线圈两端的电压与匝数的关系.按如图 所示，将长导线按顺时针方向一匝一匝地绕在铁芯的左边，边绕边观察小灯泡的发光 情况，等小灯泡发出耀眼的强光后，再将导线一匝一匝地退出铁芯，边退边观察小灯 泡的发光情况.
（1）请分析小明同学观察到的现象是 .
解析：（2）实验结论为输入电压和原线圈一定时，副线圈匝数越多，获得的电 压越高.
小灯泡先慢慢变亮，再慢慢变暗
输入电压和原线圈一定时，副线圈匝数越多，获得的
电压越高
名师点评
　　学习物理要能分析物理现象，能提出并准确表述可探究的物理问题，将可探究的 物理问题与学过的物理问题相对应，这是一种建模能力.同时要注意提升实验操作能 力、分析论证能力，有主动注意安全的行为.
对应　训练
3. 一个教学用的简易变压器如图所示，A、B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 （填 “直流”或“交流”）电源.
解析：（1）变压器必须使用交流电源，直流电源不能让变压器正常工作.
交流　
（2）该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将A线圈接电源，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　
（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 （填 “多一些”或“少一些”）更好.
解析：（3）为减小线圈匝数的测量误差，绕制线圈C的匝数应该多一些.
多一些　
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课后提素养 深刻剖析 提升能力
1. 在探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系实验中，可拆变压器如图所示.
（1）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是 .
A. 整块硅钢铁芯
B. 整块不锈钢铁芯
C. 绝缘的铜片叠成
D. 绝缘的硅钢片叠成
解析：（1）变压器的铁芯是绝缘的硅钢片叠成的，故选D.
D　
（2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 （填“多”或 “少”）.
解析：（2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，因为匝数少的电流大、电压小， 所以导线粗，即导线粗的线圈匝数少.
少　
（3）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 .
BD　
解析：（3）实验中需要交流电源和交流电压表（多用电表），不需要干电池和直流 电压表，故选BD.
（4）为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过 .
A. 2 V B. 12 V C. 50 V
解析：（4）为了人身安全，低压交流电源的电压不要超过12 V，故选B.
B　
（5）实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈 的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可能为 .
A. 1.5 V B. 6.0 V C. 9.0 V
C　
（6）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关 系，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
解析：（6）实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故选A.
A　
（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（a在左、b在右），由此可推断 （填“A”或“B”）线圈 的匝数较多.
2. 有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它由两个外观基本相同和粗细相同的 同种导线绕成的线圈A、B，线圈外部还可以绕线.
解析：（1）从多用电表读数可知，指针a所指的电阻数值大于指针b所指的电阻数 值，所以A线圈的匝数较多.
A　
（2）如果把它看成理想变压器，A、B线圈的匝数比为k，则当A线圈接在电压为U1 的蓄电池两端以后，B线圈的输出电压为 .
解析：（2）蓄电池为直流电源，不会引起B线圈磁通量变化，B线圈无输出电压.
（3）如果把它看成理想变压器，则A、B线圈上的交变电流一定具有相同的 .
A. 电压 B. 电流 C. 功率
解析：（3）理想变压器两端功率相同，所以A、B线圈上的交变电流一定具有相同的 功率，故选C.
0　
C　
（4）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.实验步骤如下：
①用长导线绕一个匝数为n的线圈C作为副线圈代替A线圈；
②把低压交流电源接在B线圈上，测得C线圈的输出电压为U；
③用A线圈换下C线圈，测得A线圈的输出电压为UA，则线圈A的匝数nA＝ （用物理量n、U、UA表示）.
3. 在探究变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系实验中，小张同学利用如图甲所 示可拆变压器进行研究.
（1）正确选择器材后，将变压器的原线圈0、8接线柱与图乙中学生电源的直流电压 8.0 V相连，副线圈接0、4接线柱，则副线圈所接电压表的示数是 　.
A. 16.0 V B. 8.0 V
C. 4.0 V D. 0
D
解析：（1）因为变压器的原线圈0、8接线柱与直流电压8.0 V相连，不会发生电磁感 应现象，故可知副线圈接0、4接线柱，其电压表的示数为0.
（2）小张同学利用多用电表“×10”倍率的电阻挡测量副线圈的电阻，如图丙所 示，读数为_____Ω.
图丙　　
解析：（2）因为小张同学利用多用电表“×10”倍率的电阻挡测量副线圈的电阻， 由题图丙可知，读数为55 Ω.
55
4. 实验室中有一台铭牌模糊的可拆变压器，如图所示，该变压器
可近似看作理想变压器.某同学欲测量它的初级、次级线圈匝数.
先在闭合铁芯的上端铁轭处紧密缠绕100匝漆包细铜线，并将细铜
线两端与理想交流电压表构成闭合回路.
（1）在次级线圈左右两端的接线柱上输入12 V低压交流电压，理想交流电压表示数 为60 V，则次级线圈的匝数为 匝；在初级线圈左右两端的接线柱上输入12 V低 压交流电压，理想交流电压表示数为30 V，则初级线圈的匝数为 匝.
20　
40　
（2）若初级线圈左右两端接线柱接入的交变电压瞬时值表达式为u＝311sin 100πt （V），则与次级线圈左右两端接线柱直接相连的理想交流电压表的示数 为 V.
110　
第*页
课时作业（十一）
[基础训练]
A. U1＜U2 B. I1＜I2
C. P1＞P2 D. f1＞f2
解析：电磁打点计时器使用的变压器为降压变压器，所以副线圈中电压小、电流大， 变压器不改变功率和频率.
B
1
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4
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9
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12
A. 只增加b线圈的匝数，电压表的示数一定增大
B. 只增加a线圈的匝数，电压表的示数一定增大
C. 同时增加a、b两线圈的匝数，电压表的示数一定增大
D. 只改变a线圈两端的电压，电压表的示数不变
A
1
2
3
4
5
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12
B. 电流表的读数为1 A
D. 副线圈输出交流电的周期为50 s
B
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12
1
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6
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12
A. 电流表示数为0.2 A
B. 电流表示数为5 A
C. 电压表示数为4 V
D. 通过电阻R的交变电流的周期为4×10－2 s
AD
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A. A1示数不变，V1示数不变，L1变亮
B. A2示数变大，V2示数变大，L1变暗
C. A1示数变大，变压器输出功率变大，A1与A2示数的比值不 变
D. V2示数变大，变压器输出功率变大，V1与V2示数的比值不 变
C
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解析：根据理想变压器的规律可知，理想变压器原线圈接入电压的有效值不 变，V1示数不变，则副线圈输出电压不变，V2示数不变，V1与V2示数的比值不 变；开关S闭合后，变压器副线圈的负载电阻减小，V2不变，则灯泡L1的亮度不 变，由欧姆定律可知，副线圈输出电流变大，即电流表A2示数变大，则变压器 的输出功率变大，根据电流比可知，原线圈输入电流变大，即电流表A1示数变 大，由于理想变压器满足P2＝P1，V1与V2示数的比值不变，所以A1与A2示数的 比值不变，故C正确，A、B、D错误.
1
2
3
4
5
6
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C
A. 交流电的频率为0.02 Hz
C. 电阻R2的电功率约为6.67 W
D. 通过R3的电流始终为零
1
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7. 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，某同学利用如图所示可 拆式变压器（铁芯不闭合）进行研究.
（1）实验还需要下列器材中的 .
AD　
解析：（1）探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验时要用到交流电压表，B 是直流电流表，C是直流电压表，A是多用电表，可以用多用电表的交流电压挡测电 压；实验中为了保证人身安全，输入电压不能超过12 V，需要学生电源，故选AD.
1
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（2）实验中，图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，所接电源电压为交流10.0 V，副线圈接“0、4”接线柱，则副线圈所接电压表示数可能是 .
A. 22.0 V B. 15.0 V
C. 5.0 V D. 2.5 V
解析：（2）如果是理想变压器，则电压比等于匝数比，输出电压为5.0 V，但可拆式 变压器铁芯不闭合，存在比较大的漏磁，实际输出电压小于5.0 V，故D正确.
D　
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8. 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、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 .
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.
甲　
法拉第电磁感应定律
1
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3
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（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.
解析：（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）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，再用适当的量程进行测量.
解析：（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.
低压（一般低于12 V）交流　
交流电压　
最大　
1
2
3
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12
[能力提升]
D
B. 两点火针间电压的有效值一定大于5 000 V
C. 在0～0.5×10－2 s时间内，通过原、副线圈
导线横截面的电荷量相等
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C
A. 这种电流表也能测交流电压
B. 这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为0.3 A
C. 这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为2.7 A
D. 这种电流表能测交流电流，图（b）中电流表指针周
期性摆动
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A. 10 V　10 V B. 10 V　4 V
C. 4 V　10 V D. 10 V　0
B
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5
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12
解析：题图甲是一个自耦变压器，当A、B作为输入端，C、D作为输出端时，是一个 降压变压器，两边电压之比等于两边线圈的匝数之比，当C、D作为输入端，A、B作 为输出端时，是一个升压变压器，电压比也等于匝数比，所以C、D接4 V交流时， A、B间将得到10 V交流.题图乙是一分压电路，当M、N作为输入端时，上、下两个 电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比.但是当把电压加在P、Q两端时，电流只经 过下面那个电阻，上面的电阻中没有电流，两端也就没有电势差，即M、P两点的电 势相等.所以当P、Q接4 V直流时，M、N两端的电压也是4 V.
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12. （2024·济南高二检测）如图为某人设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定 触点.可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点.触片P处于不同位置时，电吹风可 处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态.n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝 数.该电吹风的各项参数如表所示.
热风时输入功率 460 W
冷风时输入功率 60 W
小风扇额定电压 60 V
正常工作时小风扇输出功率 52 W
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（1）吹冷风时触片P位于怎样的位置？
答案：（1）触片P与触点b、c接触
解析：（1）当电吹风送出来的是冷风时，电路中只有电动机自己工作，触片P与触点 b、c接触.
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（2）由表格中数据计算出小风扇的内阻是多少？
答案：（2）8 Ω
解得小风扇的内阻是r＝8 Ω.
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（3）变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2是多少？
答案：（3）11∶3
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