《实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系》
巩固作业
1．某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12V的低压________（选填“交流电源”或“直流电源”）。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”）。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是__________________（选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”）。
2．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”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)；
（2）如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝8V，副线圈两端电压U2＝2V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝3V时，U2′＝12V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________.
3．如图甲所示,在用可拆变压器在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中:
（1）学生低压电源的面板如图甲所示,则变压器原线圈应连接到学生电压电源的哪两个接线柱?
A．接左边两个标有“稳压6v”的接线柱
B．接左边两个标有“直流”的接线柱
C．接右边两个标有“交流”的接线柱
（2）如图乙所示实验中,下列说法正确的是 。?
A．实验采用控制变量法,用可拆变压器,能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈
B．测量原、副线圈的电压,可用多用电表中的直流电压表
C．原线圈接0、4接线柱,副线圈接0、8接线柱,副线圈电压约为原线圈电压的2倍
D．若没有铁芯,变压器的输入电压与输出电压之比还是等于原副线圈匝数之比
4．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。
（1）必须选用的实验器材是 。?
A．由闭合铁芯及原、副线圈组成的变压器
B．由原、副线圈组成的变压器，不需要铁芯
C．交流电源
D．直流电源
E．多用电表(交流电压挡)
F.多用电表(交流电流挡)
（2）用匝数na=60匝和nb=120匝的变压器,实验测量数据如表:
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 (选填“na”或“nb”)。
《实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系》
巩固作业答案
1．交流电源 增大 减小 控制变量法
【解析】
变压器的工作原理是互感现象，故原线圈两端所接的电源应是电压为12V的低压交流电源；根据变压比公式＝，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增大；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减小；上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法。
2．（1）①③②④
（2）＝
【解析】
（1）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”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.
（2）两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝8V，副线圈两端电压U2＝2V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝1V时，U2′＝3V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压，由以上数据可得：＝.
3．（1）
C （2）AC
【解析】
（1）变压器只能改变交流电压,变压器原线圈应连接到学生电压电源的右边两个接线柱,A、B错误,
C正确。
（2）变压器的输出电压跟输入电压以及原副线圈匝数之比都有关,因此需要用可拆卸的变压器研究,探究副线圈电压与匝数的关系,采用控制变量法,为便于探究,先保持原线圈匝数和电压不变,改变副线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响,A正确;变压器只能改变交流电流的电压,测量原、副线圈的电压,可用多用电表中的交流电压表,B错误;根据原副线圈匝数之比等于输入输出电压之比可知,原线圈接0、4接线柱,副线圈接0、8接线柱,副线圈电压约为原线圈电压的2倍,C正确;若没有铁芯,原副线圈的磁通量不等,变压器的输入电压与输出电压之比不等于原副线圈匝数之比,D错误。
4．（1）
ACE （2）nb
【解析】
（1）如果原线圈中通的是直流电流,则副线圈中不会有感应电流产生。题意为探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。需要测量电压U,所以需要一个测电压的仪器,为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原副线圈,故正确的选项为A、C、E。
（2）理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的,但实际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。结合表格中的数据可知,接电源的是nb。(共37张PPT)
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
高二年级
物理
生活中的变压器
生活中的变压器
生活中的变压器
生活中的变压器
生活中的变压器
变压器的结构
铁芯
变压器的结构
变压器的结构
变压器的结构
变压器的原理——定性研究
原线圈
U1
n1
副线圈
U2
n2
变压器的原理——定性研究
变压器的原理——定性研究
变压器的原理——定性研究
互感
变压器的原理——定性研究
U1、n1不变时，
n2变大，
U2变大
变压器的原理——定性研究
U1、n2不变时，
n1变大，
U2变小
变压器的原理——定性研究
变压器的原理——定性研究
原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
200
100
200
400
800
100
800
400
1600
100
1600
400
原线圈两端电压
U1=
V
变压器的原理——定量研究
原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
副线圈两端电压U2/V
200
100
200
400
800
100
800
400
1600
100
1600
400
变压器的原理——定量研究
原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
副线圈两端电压U2/V
200
100
4.91
200
400
20.20
800
100
1.24
800
400
5.10
1600
100
0.62
1600
400
2.55
原线圈两端电压
U1=11.51V
当U1、n1相同时，
U2与n2
成正比？
变压器的原理——定量研究
原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
副线圈两端电压U2/V
200
100
4.91
200
400
20.20
800
100
1.24
800
400
5.10
1600
100
0.62
1600
400
2.55
原线圈两端电压
U1=11.51V
当U1、n2相同时，
U2与n1成反比？
变压器的原理——定量研究
原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
副线圈两端电压U2/V
200
100
4.91
200
400
20.20
800
100
1.24
800
400
5.10
1600
100
0.62
1600
400
2.55
原线圈两端电压
U1=11.51V
变压器原、副线圈电压比与匝数比有什么关系？
变压器的原理——定量研究
变压器原、副线圈电压比与匝数比有什么关系？
基于观察和实验提出物理问题
当U1、n1相同时，U2与n2
成正比？
当U1、n2相同时，U2与n1成反比？
当n1、n2相同时，U2与U1成正比？
变压器原、副线圈电压比与匝数比有什么关系？
基于观察和实验提出物理问题
电压比与匝数比相等？
形成猜想和假设
电压比大于匝数比？
设计实验与制订方案
n1=
n2=
n1:n2=
U1/
V
U2/
V
U1:U2
平均值
n1:n2
U1:U2
设计实验与制订方案
获取证据
原线圈两端电压U1/V
副线圈两端电压U2/V
电压比
U1/U2
电压比平均值
2.66
1.17
2.27
2.27
4.83
2.12
2.28
6.99
3.08
2.27
9.18
4.05
2.27
11.50
5.10
2.25
原线圈匝数n1=800匝
副线圈匝数n2=400匝
获取证据
1、电压比与匝数比很接近
2、电压比大于匝数比
匝数比n1/n2
电压比U1/U2
2
2.27
基于证据，做出科学解释
匝数比n1/n2
电压比U1/U2
0.5
0.57
2
2.27
2
2.30
4
4.50
8
9.28
16
18.50
基于证据，做出科学解释
基于证据，做出科学解释
建立理想化模型
忽略原
、副线圈的电阻
忽略铁芯中的涡流
忽略漏磁
理想变压器
小结
生活中的变压器
变压器的结构
U2的影响因素
提出探究问题
进行科学探究
建立理想化模型
发现问题、科学研究、建立模型
布置作业
3、
1.理论证明：
2.
梳理学过的理想化模型，这些理想化模型忽略了哪些次要因素？保留了哪些主要因素？论述理想化模型在物理研究中的必要性和重要性。
?
理想变压器
谢谢大家教
案
教学基本信息
课题
实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
学科
物理
学段：
高中
年级
高二
教材
书名：选修3-2
出版社：人教版和教科版
出版日期：
年
月
教学目标及教学重点、难点
教学目标：
通过拆分充电器，学生了解变压器的结构，经历了科学探索的过程，提高了研究物理的好奇心与求知欲。
通过定性实验和定量实验的观察与讨论，了解变压器的原理，并确立了最终要进一步探究的问题，学生经历了基于观察和实验，并经过比较和分析提出物理问题的过程。
学生经历了一个完整的科学探究过程，设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释。
通过实验结论的进一步分析，结合生产、生活中的实际情况，进行合理外推，学生建立了理想变压器这一理想化模型，知道理想变压器的原、副线圈电压比等于匝数比。
教学重点：
通过实验探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系。
教学难点：
1.
研究问题的提出：变压器原、副线圈电压比与匝数比有什么关系？
2.
理想化模型的建立。
教学过程(表格描述)
教学环节
主要教学活动
设置意图
引入
生活中的变压器
1、高压输电线路上的变压器，社区边上的变压器
2、许多电子产品中都含有变压器，如手机充电器，笔记本电脑的充电器和一些电源适配器
问题：寻找它们可以改变电压的证据
引到学生观察生活中的物理现象，培养学生发现物理问题的能力
变压器的结构
一、拆分变压器
1、
找来一个废弃的充电器，进行观察，它可以把220V的电压变到5V左右。
2、打开外壳，看到一个线路板，找到变压器。
3、打开外面的支架，去掉绝缘胶带，看到了一个线圈，顺着线圈的两个接头寻找，发现线圈两端是和充电器的输出端相连，可知线圈两端的电压为5V左右。
4、去掉线圈和里层的绝缘胶带，又看到一个线圈，顺着线圈的两个接头寻找，发现线圈两端是和充电器的输入端相连，线圈两端的电压为220V。
5、去掉这个线圈，看到了一个“芯”，它是一个整体，无法再拆了。
6、复原“芯”原本的结构，用冰箱贴检测，发现它是铁磁性材料构成的。
二、观察变压器的构造
1、这款变压器是由两个线圈和一个铁磁性的内芯组成的。
2、实验室的变压器也是由两个线圈和一个闭合铁芯组成，铁芯是可拆卸的。
3、介绍不同接线柱之间线圈的匝数
通过拆分充电器，学生了解变压器的结构，经历了科学探索的过程，提高了研究物理的好奇心与求知欲。
变压器的原理
基于观察、实验、分析、比较，提出物理问题
一、实验
1、介绍电路。电源与红色线圈、开关组成一个回路。蓝色线圈与小灯泡组成一个回路。
2、观察实验1的现象。
3、思考：电能是如何从原线圈的电路输送到副线圈的电路，使小灯泡发光的呢？
4、分析并通过进一步观察，得到变压器是利用互感的原理工作的。
二、实验——定性研究
实验电路同实验1
问题：有什么办法可以使小灯泡两端的电压变大呢？
实验2：改变副线圈的匝数，观察灯泡亮度。
实验3：改变原线圈的匝数，观察灯泡亮度。
结论：副线圈的匝数变大，副线圈两端电压变大，原线圈的匝数变大，副线圈两端电压变小。
三、实验——定量研究
问题：副线圈两端的电压与原、副线圈匝数之间的有什么定量的关系呢？
实验4：用数字电压表测原、副线圈两端的电压，保持原线圈的电压不变，原、副线圈匝数6种组合各做一次。
1、设计实验记录表格
2、观察实验、记录数据
3、观察实验数据，寻找规律。
原线圈匝数n1副线圈匝数n2副线圈两端电压U2/V2001004.9120040020.208001001.248004005.1016001000.6216004002.55
四、确定研究问题
1、分析比较四个研究问题
（1）当U1、n1相同时，
U2与n2
成正比？
（2）当U1、n2相同时，U2与n1成反比？
（3）当n1、n2相同时，U2与U1成正比？
（4）变压器原、副线圈电压比与匝数比有什么关系？
2、选择下一步要研究的问题：变压器原、副线圈电压比与匝数比有什么关系？
通过对定性实验和定量实验的观察与讨论，了解变压器的原理，应用了控制变量的方法研究问题，并确立了最终要进一步探究的问题，学生经历了基于观察和实验，并经过比较和分析提出物理问题的过程。
科学探究过程
一、形成猜想和假设
1、电压比与匝数比相等？
2、电压比大于匝数比？
二、设计实验与制订方案
1、确定每个组合实验的次数
2、求出每个组合电压比的平均值，与匝数比相比较
3、最终6组实验数据列到一个表格里，分析比较
4、为了便于测量，用两个数字电压表同时测量原、副线圈两端的电压
三、获取证据
1、观察实验现象，做好数据记录
2、先求出来每一次实验的电压比。再求出电压比的平均值
3、得到了六组实验中原、副线圈的匝数比和原、副线圈的电压比。
匝数比n1/n2电压比U1/U20.50.5722.2722.3044.5089.281618.50
四、基于证据，做出科学解释
1、仔细分析表中的实验数据寻找规律
（1）电压比与匝数比很接近。
（2）电压比大于匝数比。
2、还有什么处理数据的方法？
（1）将6组实验数据输入Excel表格，生成散点图，然后进行拟合，找到公式。
（2）截距为-0.0419，很小，可以忽略不记。图像是过原点的直线，说明电压比与匝数比成正比。可以用公式来表示，比例系数为1.16。
学生经历了一个完整的科学探究的过程，设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释。
建立理想化模型
1、举例说明不同变压器比例系数往往不同
2、回忆伽利略研究落体运动的过程，体会建立理想化模型的重要性及其建模方法。
3、找到比例系数k的影响因素
如果选择更好的材料制作铁芯，减小铁芯在交变磁场作用下的涡流损耗，如果采取更先进的技术手段，减小磁通量的泄露，简称漏磁，这些都可以减小比例系数k。
4、忽略次要问题，进行合理外推得到理想变压器的模型
（1）忽略原、副线圈的电阻
（2）忽略铁芯中的涡流
（3）忽略漏磁
5、理想变压器的原、副线圈电压比等于匝数比
通过实验结论的进一步分析，结合生产、生活中的实际情况，进行合理外推，学生建立了理想变压器这一理想化模型，知道理想变压器的原、副线圈电压比等于匝数比
小结
我们从认识生活中的变压器入手，通过对手机充电器的拆分了解了变压器的结构。用定量和定性的实验研究副线圈两端电压U2的影响因素。通过对影响因素的分析提出本节课要探究的物理问题，然后进行相对完整的科学探究，根据探究的结果及大家已有的知识，进行合理外推，建立了理想变压器的模型。并得到：理想变压器的原、副线圈电压比等于匝数比。经历了一个从生活中发现问题，通过科学探究，建立理想化模型，解决问题的过程。
梳理本节课的思路、方法和知识点，形成发现问题、进行研究、建立模型、得出结论的研究方法
