2020版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

2019-2020年高中物理5.4《变压器》教案新人教版选修3-2教学目的：I、了解变压器的构造，理解变压器的工作原理。

2、掌握变压器的变流比和变压比。

3、了解几种常见的变压器。

教学准备：幻灯片、可拆迁变压器、学生电源、演示电流表、教学过程：一、知识回顾1、产生电磁感应现象的条件。

2、法拉第电磁感应定律。

二、新课教学：1.变压器的构造原线圈、副线圈、铁心2•变压器的工作原理在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。

3. 理想变压器磁通量全部集中在铁心内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。

4•理想变压器电压跟匝数的关系：U i/U2= n i/n 2说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、畐惘只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况。

即有=……。

这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁心内。

因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，每匝线圈产生相同的电动势，因此每组线圈的电动势与匝数成正比。

在线圈内阻不计的情况下，每组线圈两端的电压即等于电动势，故每组电压都与匝数成正比。

5•理想变压器电流跟匝数的关系I i/l 2= n 2/n i （适用于只有一个副线圈的变压器）说明：原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有Uil i = 多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出:Ual2+ U3I3+U414+……再根据U2=U U 3=U U= U4……可得出：n i l i=n2l 2+ n 313+ n 414+6 .注意事项（1）当变压器原副线圈匝数比（）确定以后，其输出电压U2是由输入电压U i决定的（即U2=U）但若副线圈上没有负载，副线圈电流为零输出功率为零，则输入功率为零，原线圈电流也为零，只有副线圈接入一定负载，有了一定的电流，即有了一定的输出功率，原线圈上才有了相应的电流（I i=l 2），同时有了相等的输入功率，（P 入=P出）所以说：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。

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：)。

专題谦1 亀0處应中的图象和越路问題命题点n电磁感应中的图象问题1.图象类型(1)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量0、感应电动势E和感应电流/等随时间变化的图象，即B—f图象、。

一/图象、E—f图象和/图象。

(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，有时还常涉及感应电动势E 和感应电流/等随位移变化的图象，即E-x图象和I-x图象等。

2.两类图象问题(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图彖。

(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。

3.解题关键弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进岀磁场的转折点等是解决此类问题的关键。

4.电磁感应中图象类选择题的两个常用方法排除法定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是分析物理量的正负，以排除错误的选项。

函数法根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图彖进行分析和判断。

命题角度1磁感应强度变化的图象问题【例1】矩形导线框"cd放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图彖如图1所示。

设t=0时刻，磁感应强度的方向垂盲纸面向里，则在0〜4 s时间内，选项图中能正确反映线框"边所受的安培力F 随时间7变化的图象是(规定ab边所受的安培力向左为正)()解析在0〜Is内，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电流大小恒定，由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时针方向，根据左手定则可判断出线框ab边所受安培力方向向左（为正），由F=BJL可知F随磁感应强度的减小而减小。

在1〜2s 内，由楞次定律可得线框内产生的感应电流方向为顺时针方向，根据左手定则可判断出线框必边所受安培力方向向右（为负），由F=BIL可知F随磁感应强度的增大而增大。

同理在2〜3 s内，线框“边所受安培力方向向左（为正），由F仏可知F随磁感应强度的减小而减小。

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。

姓名，年级：时间：实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系知识内容选考要求课时要求探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系√1。

能运用控制变量法,有序地设计实验步骤。

2.能选择并组装器材，完成实验步骤后，能根据实验记录的数据，总结实验规律。

3.能发现实验中出现的声音、线圈与铁芯的发热现象等，并尝试解释.1。

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。

2.实验器材电压表两只、可拆卸式变压器、学生电源、开关、导线若干（如图1所示）图13.实验步骤（1）按如图2所示电路图连接实物图图2（2)保持原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，研究其对副线圈电压的影响.(3)保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数,研究其对副线圈电压的影响。

(4）将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表：原线圈匝数n1副线圈匝数n 2原线圈电压U1副线圈电压U2错误!错误!100300 2 V100400 2 V300400 4 V400400 6 V4001008 V400100 4 V4。

由表格数据得出结论当原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比。

当副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比。

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开关，再进行操作.(2)学生电源的电压不要设置太高,一般不要超过12 V,以免发生危险.一、实验原理与操作例1(多选）(2016·浙江10月选考）如图3所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,下列说法正确的是（)图3A。

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“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表C。

原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，副线圈电压大于原线圈电压D。

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：)。

变压器知识元变压器的构造和原理知识讲解变压器的原理1．变压器的结构和特点（1）结构：主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈组成。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

.铁芯的作用：使绝大部分磁感线集中在铁芯内部，提高变压器的效率。

原线圈：也叫初级线圈，其匝数用n1表示副线圈：也叫次级线圈，其匝数用n2表示输入电压：U1输出电压：U2（2）特点：原线圈与交流电源相连，副线圈与负载相连。

2．变压器的工作原理及变压规律（1）互感现象交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场，交变磁场在副线圈中产生感应电动势，当副线圈两端连接负载并闭合时，副线圈中有电流产生，它在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量也穿过原线圈，在原线圈中产生互相感应的现象。

（2）工作原理电磁感应是变压器的工作原理，即互感现象是变压器工作的基础。

（3）能量转换由于这种互感现象，原、副线圈虽然不相连，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。

变压器的种类几种常见的变压器（1）自耦变压器：又称为调压变压器，自耦变压器，它只有一个线圈，把全部线圈作为原线圈或副线圈，线圈的一部分作为副线圈或原线圈。

由此自耦变压器可以降压，也可以升压，变压器的基本规律对自耦变压器均适用。

（2）电压互感器：用来把高电压变成低电压或者用来测量交流高电压，使用时，把原线圈与被测电路并联。

如图甲所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。

互感器将高电压变为低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。

（3）电流互感器：用来把大电流变成小电流或者测量交流大电流，使用时，把原线圈与被测电路串联。

如图乙所示，原线圈串联在待测高电流电路中，副线圈接电流表。

互感器将大电流变为小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出高电流电路中的电流。

理想变压器的规律1．理想变压器理想变压器是实际变压器的近似。

理想变压器有三个特点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都一样，每匝线圈中所产生感应电动势相等。