第4讲实验：探究变压器电压与线圈匝数的关系

《探究变压器的电压与匝数的关系》学历案一、学习目标1、理解变压器的工作原理，知道变压器能够改变交流电压。

2、通过实验探究，得出变压器的电压与匝数的关系。

3、培养实验设计、数据分析和处理的能力，提高科学探究的素养。

二、学习重难点1、重点（1）理解变压器的工作原理。

（2）探究变压器的电压与匝数的关系。

2、难点（1）对实验数据的准确测量和分析。

（2）排除实验中的干扰因素，确保实验结果的准确性。

三、知识准备1、电磁感应现象：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电动势和感应电流。

2、法拉第电磁感应定律：感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比。

四、实验器材可拆变压器、交流电源、多用电表、导线若干。

五、实验步骤1、组装实验装置将可拆变压器的铁芯固定好，按照匝数从少到多的顺序依次绕制原线圈和副线圈，并将原线圈与交流电源连接，副线圈与多用电表连接。

2、测量原、副线圈的匝数使用直尺或匝数测量工具，分别测量原、副线圈的匝数，并记录下来。

3、测量不同匝数比下的电压（1）保持原线圈的电压不变，改变副线圈的匝数，测量副线圈两端的电压。

（2）改变原线圈的电压，保持副线圈的匝数不变，再次测量副线圈两端的电压。

4、记录数据将测量得到的数据记录在表格中，包括原线圈匝数、原线圈电压、副线圈匝数、副线圈电压等。

六、数据处理1、计算匝数比分别计算每次实验中原、副线圈的匝数比。

2、分析电压比计算每次实验中副线圈电压与原线圈电压的比值。

3、绘制图像以匝数比为横坐标，电压比为纵坐标，绘制图像。

4、得出结论根据数据和图像，分析变压器的电压与匝数的关系。

七、误差分析1、测量误差在测量原、副线圈匝数和电压时，由于测量工具的精度和读数误差，可能导致数据存在一定的偏差。

2、漏磁现象变压器在工作过程中，可能会存在一定的漏磁现象，导致能量损失，从而影响实验结果的准确性。

3、交流电源的波动交流电源的电压可能会存在一定的波动，这也会对实验结果产生影响。

变压器电压与匝数的关系公式
变压器电压与匝数的关系：
1、电压之比：变压器电压之比就是主线绕组匝数与副线绕组匝数之比，一般用N/n表示，其中N表示主线绕组匝数，n表示副线绕组匝数。

2、关系式：由Kirchhoff电压定律可以知道：变压器的输出电压和输
入电压之比与匝数之比成正比，公式如下：
输出电压/输入电压= N/n
3、容易理解：当副线绕组匝数为负时，意味着这里存在变压器讯源反转；此时输出电压与输入电压的电压比为N/（-n），也就是N/-n，但
按关系式N/n表达，因此当满足输出电压/输入电压= N/-n时，其实在
公式上是N/n，由于两边同时乘上-1，则原式中的N/-n会变成-N/n，从
而故式还是N/n。

4、应用：一般，变压器的线圈的匝数一般为正，所以输出电压与输入
电压的电压比即N/n，可以根据关系式进行计算，以间接得到变压器的输出电压。

实验原理(1)法拉第电磁感应定律当穿过回路的磁通量发生变化时，回路中的感应电动势e感的大小和穿过回路的磁通量的变化率成正比，即，这就是法拉第电磁感应定律。

说明：①磁通量增加时，△ø／△t>0，e感为负，即感应电流产生的磁场和原磁场方向相反；当磁通量减少时，△ø／△<0，e感为正，即感应电流产生的磁场和原磁场方向相同。

②中学阶段，物理量的大小和方向常常是分开讨论的。

e感=n△／出仅反映了它的大小，其方向由楞次定律或右手定则来确定。

③感应电动势和磁通量的变化率成正比，不是和磁通量的多少成正比。

例如，有一个线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面转到和磁场垂直时，即线圈内磁通量达到最大，它的变化率却为零，这时感应电动势为零；而当线圈转到和磁场平行时，即穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率却达到最大，这时产生的感应电动势达到最大。

(2)变压器原理变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

如下图所示：一个线圈与交流电源连接，叫做原线圈，也叫初级线圈；另一个线圈与负载连接，叫做副线圈，也叫次级线圈。

电磁感应是变压器工作的基础，电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小，方向在不断地变化，铁芯中的磁场也在不断变化。

变化的磁场在副线圈中产生变化的磁通量，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出感应电压。

原、副线圈匝数不同，副线圈输出的电压与原线圈中的电压也不同，根据法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的电压比与匝数比的关系为。

实验结论：（1）在表3－1中变压器起作用，因此它是一个变压器。

电压与匝数的关系是（2）在表3－2中变压器起作用，因此它是一个变压器，电压与匝数的关系是实验拓展：1.实验中所得数据并不完全符合，原因是什么？2.要使电压通过变压器后降低，副线圈的匝数应该比原线圈的匝数多些还是少些？要使电压升高呢？3.探究自自耦变压器电压与匝数的关系：实验器材：铁芯上只绕有一个线圈的变压器叫自耦变压器，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实验步骤：调节副线圈匝数．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的交流电源上．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的有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别为和图实验解析由理想变压器原、副线圈中电压、电流及功率关系可得：U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1，U1I1＝P2.所以，当变压器输出电压调至最大时，副线圈的匝数也最大为n2＝1 900匝，负载R上的功率也最大，为2.0 kW，则U2＝n2n1U1＝1 9001 100×220 V＝380 V，I1＝P2U1＝2.0×103220A≈9.1 A，实验结论：自耦变压器原副线圈电压、电流间仍然满足U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1考题回放1.(2015·江苏高考)一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220 V交变电流改变为110 V。

变压器电压电流与匝数的关系1. 变压器的基本概念变压器，这个名字一听就有点儿高大上的感觉，但其实它就是一个电气小能手。

它的主要作用是把电压“变一变”，比如说把高电压降低成低电压，或者把低电压提高成高电压。

听起来像是魔术师在表演，但实际上它靠的可是严肃的科学原理。

简单来说，变压器有两个绕组——原绕组和副绕组，它们的匝数决定了电压的转换比。

你可以把它们想象成两个互相“聊天”的圈圈，一个说“我这儿电压高”，另一个说“那我这儿就低点儿”。

2. 电压、电流与匝数的关系2.1 匝数比和电压比变压器的匝数，就是绕组上绕线圈的圈数。

简单点儿，原绕组有多少圈，副绕组就有多少圈。

比如说，原绕组有100圈，副绕组有50圈，这样的情况下，电压的变化比就是2:1。

就是说，原来100伏特的电压，在副绕组那里就变成50伏特了。

这就好像你把一大堆糖分成两份，一份多一份少，分量自然也不同了。

2.2 电流和匝数的关系说到电流，这个就稍微复杂一点。

电流跟匝数的关系跟电压的变化是正好相反的。

也就是说，原绕组的电流如果高，那么副绕组的电流就会低。

为什么呢？因为变压器的功率是恒定的，也就是说输入功率和输出功率是一样的。

用个简单的比喻，假如你有一个大水桶，水进水出的速度是一样的，但如果一个水流大，一个水流小，那水桶的容积就会不同。

3. 实际应用中的变压器3.1 家用电器中的变压器你有没有注意过你家里的一些电器，比如说手机充电器、电视机的适配器，这些小小的盒子里其实都有变压器。

它们的工作就是把家里的220伏特电压变成适合你设备的小电压。

要不然，你的手机怎么会在插电后安安稳稳地充电，而不是冒烟呢？这就是变压器的功劳啦！3.2 电力传输中的变压器再看看电力传输网络，变压器在这里也是扮演了超级重要的角色。

高压输电线路用的变压器，可以把电压提高到几千伏特，这样就能减少电能在长距离传输中的损失。

而到了目的地，另一台变压器又把电压降下来，保证你的电器能够安全地工作。

《探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系》中学物理创新实验设计作品全称探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系学校名称联系电话姓名性别年龄初、高中组（一）设计原理(含原理图和实物图、主要解决的问题）高中物理人教版选修3-2，第五章交变电流，第4节变压器中。

课本只要求探究电压与匝数的关系。

但在授课中要推导变压器的原理时，若将漏失的磁通量忽略不计，可认为穿过原副线圈的磁通量相同变化也相同，则在每匝线圈中产生的感应电动势势一样的，但因为原副线圈的匝数不同，则有：若将原线圈导线电阻忽略不计，则U1=E1若将副线圈导线电阻忽略不计，则因为副线圈可以看成一个电源，忽略内阻，电动势等于路端电压，U2=E2，因此：（二）主要解决的问题有两个1）通过实验验证U1=E1 即通过实验验证输入电压U1近似的等于原线圈的自感电动E12）探究电压与匝数的关系时，电压的控制容易，但匝数的确定和控制很难。

本实验利用滑动变阻器做副线圈，由于滑动变阻器的导线是单匝密绕，绕的长度和匝数成正比，这样测匝数就转化为测长度。

其原理为，初中长度测量中用密绕法测铜丝的直径的方法。

即如图（二）实验方法（或实验过程）1）通过实验验证U1=E1 即通过实验验证输入电压U1近似的等于原线圈的自感电动E1。

在原线圈两端接U1=220V的电压，且串联一个4.0V，0.7A的小灯泡，副线圈空载，则小灯泡正常发光。

说明线圈中的电流很小，则输入电压U1近似的等于原线圈中的自感电动E1即U1=E12）用滑动变阻器做副线圈，由于滑动变阻器的导线是单匝密绕，绕的长度和匝数成正比，这样测匝数就转化为测长度。

①利用R=200Ω，I=0.3A的滑动变阻器做变压器的副线圈，实现输出电压与移动滑动变阻器的滑片的距离成正比。

②等间距移动滑动变阻器的滑片测输出电压（三）实验效果1）该实验基本实现移动滑片的距离与输出的电压成比。

2）该实验的误差主要来源于滑动变阻器电阻丝的电阻，即以副线圈为电源的内阻很大。

第4讲实验: 探究变压器电压与线圈匝数的关系A组基础巩固1.(多选)理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( )A.交流电的频率B.磁通量的变化率C.功率D.交流电的峰值答案ABC 理想变压器没有漏磁,没有能量损失,所以原、副线圈中磁通量变化率相同,原、副线圈中功率相同,B、C正确;变压器能改变交流电的峰值但不改变交流电频率,A正确,D错误。

2.关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是( )A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C.穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈答案 C 通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量Φ变化,A错误;因理想变压器无漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故B错误;由互感现象知C 正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈的电能,原、副线圈通过磁联系在一起,故D错误。

3.一输入电压为220 V,输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏了,为获知此变压器原副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁心上新绕了5匝线圈,如图所示,然后将原线圈接到220 V交流电源上,测得新绕线圈的端电压为1 V,按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )1 / 4A.1 100,360B.1 100,180C.2 200,180D.2 200,360===1 100,变压器烧坏前,答案 B 对新绕线圈的理想变压器,根据变压比公式得n1===180,故B正确。

同理n24.做“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验时,原线圈接在学生电源上,用多用电表测量副线圈的电压,下列操作正确的是( )A.原线圈接直流电压,电表用直流电压挡B.原线圈接直流电压,电表用交流电压挡C.原线圈接交流电压,电表用直流电压挡D.原线圈接交流电压,电表用交流电压挡答案 D 副线圈上的感应电动势是通过两个线圈间的互感现象产生的,所以原线圈上的电流应该是变化的,应为交流电流,电压为交流电压,故D正确。

实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系象贤中学丘阮智一、教学背景及教学目标1、教学背景在《普通高中物理课程标准》选修模块3—2的内容标准中，涉及本节内容的：“通过实验研究方法，探究变压器两端的电压与匝数的关系。

”该条目要求学生用实验探究的方法，认识物理规律，真正理解变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系。

变压器是电路中一种常见设备，它既是对法拉第电磁感应定律和能量转化知识的进一步理解深化，同时也是学习远距离输电的基础。

在本节课教学中，教师应在学生原有变压器结构以及变压器原理知识的基础上，引导学生通过实验探究变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系。

注重知识的形成过程和对知识的真正理解，注重学生科学探究的学习过程和对学生科学探究能力的培养。

在学生学习过程中注意激发学生的学习热情和探究未知世界的乐趣，养成敢于质疑、敢于探究的好习惯，培养学生严谨的科学态度和合作学习的好习惯。

2.教学目标（1）知识目标：掌握变压器的原理，能够利用实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。

（2）能力目标：通过实验探究,锻炼学生的动手操作能力,培养学生对实验原理和方法的迁移能力和利用已知知识解决实际问题的能力。

（3）情感目标：在学生讨论与交流的基础上组织学生进行探究性实验,通过实际操作、数据记录、数据处理等培养学生利用实验解决物理问题的能力,激发学生学习物理的兴趣。

二、案例设计（一）引入新课【教师】：在上一节课中，我们已经学习了变压器的结构组成和变压器工作的原理，并且通过实验发现把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上，灯泡就会发亮。

今天我们要在原来学习的基础上更深入了解变压器线圈两端的电压与匝数的关系。

（二）新课教学【实物投影显示】：变压器的组成、小灯泡发亮。

【教师介绍】：变压器由原、副线圈和闭合的铁芯构成；两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上，小灯泡就会发亮。