精品物理浙江高考选考一轮复习讲义：选修3-2第十章实验13探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系含解析

变压器教学目标（一）知识与技能1．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。

2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。

（二）过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。

（三）情感、态度与价值观1．使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。

2．培养学生实事求是的科学态度。

教学重点、难点重点探究变压比和匝数比的关系。

难点探究变压比和匝数比的关系。

教学方法实验探究法、阅读法、讲解法。

教学手段学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡教学过程（一）引入新课在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。

各种用电设备所需的电压也各不相同。

电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。

一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。

交流便于改变电压，以适应各种不同需要。

变压器就是改变交流电压的设备。

这节课我们学习变压器的有关知识。

（二）进行新课1．变压器的原理思考与讨论：按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。

两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。

实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。

变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。

一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。

两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：互感现象时变压器工作的基础。

在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。

实验13探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验原理原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断的变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压。

本实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。

实验器材两只多用电表(或两只交直流数字电压表)、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。

实验过程1.多用电表交流电压挡量程选择及读数：要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电的最大量程进行测量。

2.可拆变压器的组装：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。

3.设计实验数据记录表：4.5.改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压：改变输入电压，输出电压也随之改变，但是两者的比值不变。

6.对调原、副线圈，重新测量输入、输出端电压：对调原、副线圈后，输出端电压发生变化，两者的比值为对调前的倒数。

7.改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压：改变线圈匝数后，输出电压随之变化，输入、输出电压的比值也随之变化。

8.实验结果分析及结论得出：在误差允许的范围内，变压器线圈两端的电压与匝数成正比，数学表达式为：U1U2＝n1n2。

注意事项1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，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，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量程进行测量。

【例】(2017·4月浙江选考)(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是______(多选)。

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；E.多用电表(交流电压挡)；F.多用电表(交流电流挡)。

用匝数n a＝60匝和n b＝120匝的变压器，实验测量数据如下表：)。

第2讲 变压器 电能的输送知识排查理想变压器1.构造：如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

图1(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。

2.原理：电流磁效应、电磁感应。

3.基本关系式(1)功率关系：P 入＝P 出。

(2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2。

(3)电流关系：只有一个副线圈时I 1I 2＝n 2n 1。

(4)频率关系：f 入＝f 出。

远距离输电图21.电压损失：(1)ΔU ＝U 2－U 3。

(2)ΔU ＝I 2R 线。

2.功率损失：(1)ΔP ＝P 2－P 3。

(2)ΔP ＝I 22R线＝ΔU 2R 线。

3.功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 损＋P 3。

4.电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3，U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线。

5.输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线。

6.输电线上损耗的电功率：P 损＝I 线ΔU ＝I 2线R 线＝⎝ ⎛⎭⎪⎫P 2U 22R 线。

小题速练1.思考判断(1)理想变压器的基本关系式中，电压和电流均为有效值( ) (2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率( ) (3)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压( ) (4)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小( ) (5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失( ) (6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√2.[人教版选修3－2·P 44·T 2改编]有些机床为了安全，照明电灯用的电压是36 V ，这个电压是把380 V 的电压降压后得到的。

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课时提升作业(三十)变压器电能的输送素能全练(建议：20分钟50分)选择题(本题共8小题,1～6题每小题6分,7、8题每小题7分,共50分。

多选题已在题号后标出)1.(2021·广东高考)如图,抱负变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,和均为抱负电表,灯泡电阻R L=6Ω,AB端电压u1=12√2sin100πt(V)。

下列说法正确的是( )A.电流频率为100 HzB.的读数为24 VC.的读数为0.5 AD.变压器输入功率为6 W2.(2021·天津高考)一般的沟通电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为I ab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为I cd,为了使电流表能正常工作,则( )A.ab接MN、cd接PQ,I ab<I cdB.ab接MN、cd接PQ,I ab>I cdC.ab接PQ、cd接MN,I ab<I cdD.ab接PQ、cd接MN,I ab>I cd3.(2022·新课标全国卷)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分。

一升压式自耦调压变压器的电路如图所示,其副线圈匝数可调。

已知变压器线圈总匝数为1 900匝,原线圈为1 100匝,接在有效值为220 V的沟通电源上。

当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0 kW。

设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是抱负的,则U2和I1分别约为( )A.380 V和5.3 AB.380 V和9.1 AC.240 V和5.3 AD.240 V和9.1 A4.(2011·新课标全国卷)如图,一抱负变压器原、副线圈的匝数比为1∶2;副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220V,额定功率为22 W;原线圈电路中接有电压表和电流表。

高中物理选修3-2变压器1、理想变压器（1）构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

②副线圈：与负极连接的线圈，也叫次级线圈。

③闭合铁芯（2）原理：电流磁效应、电磁感应（3）基本公式①功率关系：P入=P出无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率纸盒②电压关系：U1U2=n1n2即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。

有多个副线圈时，U1n1=U2n2=U3n3③电流关系：只有一个副线圈时I1I2=n2n1由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时，U1I1=U2I2+U3I3+⋯+U n I n当原线圈中U1、I1代入有效值时，副线圈对应的U2、I2也是有效值，当原线圈中U1、I1为最大值或瞬时值时，副线圈中的U2、I2也对应最大值或瞬时值④原副线圈中通过每匝线圈的磁通量的变化率相等⑤原副线圈中电流变化规律一样，电流的周期频率一样（4）几种常用的变压器①自耦变压器-调压变压器如图是自耦变压器的示意图。

这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。

如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。

调压变压器：就是一种自耦便要，它的构造如图所示。

线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上。

AB之间加上输入电压U1。

移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。

②互感器{电压互感器：用来把高电压变成低电压电流互感器：用来把大电流变成低电流交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。

用变压器把高电压变成低电压，或者把大电流变成小电流，这个问题就可以解决了。

这种变压器叫做互感器。

a、电压互感器电压互感器用来把高电压变成低电压，它的原线圈并联在高电压电路中，副线圈接入交流电压表。

根据电压表测得的电压U2和铭牌上注明的变压比（U1U2），可以算出高压电路中的电压。

人教版高中物理选修3-2知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习变压器【学习目标】1．知道原线圈（初级线圈）、副线圈（次级线圈）的概念。

2．知道理想变压器的概念，记住电压与匝数的关系。

3．知道升压变压器、降压变压器概念。

4．会用1122U n U n =及1122I U I U =（理想变压器无能量损失）解题。

5．知道电能输送的基本要求及电网供电的优点。

6．分析论证：为什么在电能的输送过程中要采用高压输电。

7．会计算电能输送的有关问题。

8．了解科学技术与社会的关系。

【要点梳理】要点一、 变压器的原理1．构造：变压器由一个闭合的铁芯、原线圈和副线圈组成，两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，是用来改变交流电压的装置（单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图甲、乙所示）。

2．工作原理变压器的变压原理是电磁感应。

如图所示，当原线圈上加交流电压U 时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。

如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。

由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。

其能量转换方式为：原线圈电能→磁场能→副线圈电能。

要点诠释：（1）在变压器原副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象。

（2）互感现象是变压器工作的基础：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。

（3）变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用。

要点二、 理想变压器的规律 1．理想变压器没有漏磁（磁通量全部集中在铁芯内）和发热损失（原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计）的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器。

实验11探究电磁感应的产生条件实验12探究感应电流方向的规律一、探究电磁感应的产生条件实验原理通过改变闭合回路中的磁通量，闭合电路中就可以产生感应电流，感应电流的有无可以通过连在电路中的电流表指针是否偏转来判定。

实验器材蹄形磁铁、条形磁铁、导体棒、线圈（正、副各一个）、灵敏电流计、直流电源、滑动变阻器、导线、开关。

实验过程1.观察导体棒在磁场中是否产生感应电流：如图1所示，导体棒静止、左右平动、前后运动、上下运动，观察电流表指针是否偏转，记录实验现象。

图12.观察条形磁铁在线圈中运动是否产生感应电流：如图2所示，N、S极分别向线圈中插入、静止、拔出，观察电流表指针是否偏转，记录实验现象。

图23.模仿法拉第的实验：如图3所示，观察开关闭合瞬间、开关断开瞬间、开关闭合滑动变阻器滑片不动、开关闭合滑动变阻器滑片迅速移动时，电流表指针是否偏转，记录实验现象。

图3注意事项1.注意区分两个回路：引起磁通量变化的电路和产生感应电流的电路。

2.开关应接在引起磁通量变化的电路中。

二、探究感应电流方向的规律实验原理楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

实验器材条形磁铁、灵敏电流计、线圈、导线、一节干电池（用来判明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向的关系）。

实验过程1.实验探究（1）选旧干电池用试触的方法明确电流方向与电流表指针偏转方向之间的关系。

（2）实验装置将螺线管与电流计组成闭合电路，如图4所示。

图4（3）实验记录分别将条形磁铁的N极、S极插入、抽出线圈，如图5所示，记录感应电流的方向如下。

图5（4）实验分析①线圈内磁通量增加时的情况当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场阻碍磁通量的减少。

注意事项1.实验前应先查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系，电路如图6所示。

图62.电路中要保护灵敏电流计，接入变阻器，开关S 采用瞬间接触，记录指针偏转情况。

实验13探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验原理原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断的变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压。

本实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。

实验器材两只多用电表(或两只交直流数字电压表)、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。

实验过程1.多用电表交流电压挡量程选择及读数：要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电的最大量程进行测量。

2.可拆变压器的组装：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。

3.设计实验数据记录表：4.5.改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压：改变输入电压，输出电压也随之改变，但是两者的比值不变。

6.对调原、副线圈，重新测量输入、输出端电压：对调原、副线圈后，输出端电压发生变化，两者的比值为对调前的倒数。

7.改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压：改变线圈匝数后，输出电压随之变化，输入、输出电压的比值也随之变化。

8.实验结果分析及结论得出：在误差允许的范围内，变压器线圈两端的电压与匝数成正比，数学表达式为：U1U2＝n1n2。

注意事项1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，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，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量程进行测量。

【例】(2017·4月浙江选考)(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是______(多选)。

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；E.多用电表(交流电压挡)；F.多用电表(交流电流挡)。

用匝数n a＝60匝和n b＝120匝的变压器，实验测量数据如下表：)。