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2021学年第3节 科学探究:变压器课文内容ppt课件
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这是一份2021学年第3节 科学探究:变压器课文内容ppt课件，共43页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，控制变量法，副线圈，原线圈，关键能力·素养形成，实验研析·素养迁移，创新评价，课堂检测·素养达标等内容，欢迎下载使用。
【实验目的】1.探究变压器线圈两端的电压与线圈匝数间的定量关系。2.学会用___________探究物理规律。
【实验器材】 可拆变压器(如图)，低压_____电源，交流_____表，带夹的导线。
【实验原理与设计】1.实验的基本思想—— 控制变量法。(1)变量的控制要求：在物理实验中，要注意控制实验过程中的不同变量。(2)设计思路：①保持原线圈两端电压和匝数不变的前提下，改变_______的匝数，探究原线圈与副线圈的电压与匝数的关系。②保持原线圈两端电压和副线圈匝数不变的前提下，改变_______的匝数，探究原线圈与副线圈的电压与匝数的关系。
2.实验原理：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。(1)保持原线圈两端电压和匝数不变，改变副线圈的匝数，用交流电压表测出_______两端的电压。(2)保持原线圈两端电压和副线圈匝数不变，改变原线圈的匝数，用交流电压表测出_______两端的电压。
3.实验设计：(1)实验电路如图 (2)物理量的测量方法：①原、副线圈的匝数_____读出。②用交流电压表直接测量副线圈两端的电压。
一、实验步骤1.画出记录数据的表格。2.原线圈加U1=10 V的电压，原线圈的匝数nab=200匝，nbc=400匝，副线圈的匝数nde=100匝，nef=150匝，原线圈接ab接线柱，副线圈接de接线柱，连接电路后，用交流电压表测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。3.保持原线圈匝数不变，副线圈接ef接线柱，连接电路后，用交流电压表测出副线圈电压值并将数据填入表格。
4.副线圈接de接线柱，原线圈接bc接线柱，同样用交流电压表测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。5.保持副线圈匝数不变，原线圈接ac接线柱，重复上步，测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。
【思考·讨论】能用超过12 V的电源吗？手能触及裸露的导线吗？(科学思维)提示：为了人身安全，只能使用低压交流电压，所用电压不能超过12 V；通电时不能用手接触裸露的导线。
二、数据收集与分析1.实验数据：
2.实验结论：实验和理论分析表明，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即 。
【误差分析】1.实验原理不完善造成系统误差：变压器工作时会漏磁，铁芯和导线发热也会使变压器的能量损耗。2.测量、操作不够准确造成偶然误差：电压表读数不规范。
类型一 实验操作【典例1】在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，原线圈和副线圈中接入的是( )A.原线圈中接入220 V交流电B.原线圈中接入学生电源12 V以下直流输出C.副线圈接直流电压表D.副线圈接交流电压表
【解析】选D。变压器的工作原理是互感现象，因此原线圈要接交流电，但不一定是220 V，输出电压是交流电压，故副线圈接交流电压表，不能接直流电压表，故A、B、C错误，D正确。
类型二 数据处理【典例2】(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有 ________________。
(2)若在实验中用匝数N1=400匝和N2=800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是_________。
A.N1一定是原线圈 B.N2一定是原线圈C.N1可能是副线圈D.N2可能是副线圈
【解析】(1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表，所以不需要干电池和滑动变阻器，故选A、C；(2)表格中每组数据都可以看出匝数之比近似等于电压之比，N1=400匝和N2=800匝， ，因为在实验中有漏磁，所以会导致副线圈的电压小于理论值，由表中数据得出U1小于理论值，所以N1为副线圈，N2为原线圈，故选B。答案：(1)A、C (2) B
类型三 实验创新【典例3】有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。
(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，由此可推断_________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。 (2)如果把它看成理想变压器，现要测定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。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示) _____________________________ 。(3)A线圈的匝数为nA=_________(用所测物理量符号表示)。
【解析】(1)欧姆表示数等于指针示数与挡位的乘积，用同一挡位测电阻，指针偏角越大，所测电阻阻值越小，指针偏角越小，电阻阻值越大，由图示可知，a位置指针偏角小，线圈A的电阻大，线圈A的匝数较多。(2)实验步骤：①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；②将A线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U；④然后求线圈A的匝数。(3)根据变压器电压比等于匝数比，有： ，则nA=n 。
答案：(1)A (2)见解析 (3) n
1.在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的实验中，实验室中有下列器材：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、导线若干上述器材在本实验中不用的是_________(填器材料序号)，本实验中还需用到的器材有： _________________________。
【解析】变压器线圈两端的电压与匝数的关系： ；所以需要知道原、副线圈的匝数，可拆变压器就能满足条件，故A必用；变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故B不必用到；变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生，故C不必用到；需要用到低压交流电源，变压器线圈两端的电压与匝数的关系： ，需要测电压，所以需要一个测电压的仪器，故D必用；做电学实验，当然需要用到开关、导线，故E必用；上述器材在本实验中不必用到的是：B、C。本实验中还需用到的器材有：低压交流电源。
答案：B、C 低压交流电源
2.如图所示，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，电源输出端与变压器线圈连接方式正确的是_________(选填“甲”或“乙”)。变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝，测得的电压分别为8.2 V和3.6 V，据此可知电压比与匝数比不相等，主要原因是 。
【解析】变压器是在交流电的条件下工作的，所以需要接交流电，故应选图乙；变压器工作时会漏磁，所以电压比与匝数比不等，同时铁芯和导线发热也会影响变压器的能量损耗。答案：乙 漏磁、铁芯发热、导线发热
3.(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na=60匝和nb=120匝的变压器，实验测量数据如表：
根据测量数据可判断连接电源的线圈是_________(选填“na”或“nb”)。 (2)用如图1所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁铁从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从_________(选填“a到b”或“b到a”)。在磁铁穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t变化的图像应该是图2中的_________。
【解析】(1)为了完成变压器的探究，需要使用交流电源，测量交流电压的多用电表。为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原副线圈，因此正确答案为A、C、E；由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端。
(2)磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如题图所示的位置时，依据楞次定律，感应磁场方向向下，根据安培定则，则感应电流方向盘旋而上，即流过线圈的感应电流方向为“b到a”；当磁铁完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，则磁铁会加速运动，当到达线圈底部时，磁通量变化率大于磁铁进入线圈时的磁通量变化率，依据法拉第电磁感应定律，则到达底部的感应电流较大，再由楞次定律可知，进与出的感应电流方向相反，故A正确，B、C、D错误；答案：(1)A、C、E nb (2)b到a A
4.某同学选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”，变压器原副线圈两端所接的电源是电压为12 V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_________ ；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”)。
【解析】变压器不能改变直流电压，故电源应为低压交流电源；由 知U2= U1，原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数n2，则副线圈两端的电压增大，由U2= U1可知n2不变，n1增大，则U2减小。上述实验采用的是控制变量法。答案：交流电源 增大 减小 控制变量法
5.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)； (2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1=1 600，n2=400，当将n1作原线圈时，U1=16 V，副线圈两端电压U2=4 V；原线圈与副线圈对调后，当U1′=8 V时，U2′=32 V，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_________。
【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；(2)两线圈的匝数n1=1 600，n2=400，当将n1作原线圈时，U1=16 V，副线圈两端电压U2=4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′=8 V时，U2′=32 V，此时U2′为副线圈的电压，而U1′为原线圈的电压；由以上数据可得： 。
答案：(1)①③②④ (2)
6.小姚同学做了“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，请回答以下问题：(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应_________(填字母)。 A.选甲图中的器材 B.选乙图中的器材C.都可以选D.都不能选
(2)小姚在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝，他将原线圈接入学生电源中的交流电压6 V挡位，用合适的电表测出副线圈的电压为13.0 V，则下列叙述符合实际情况的一项是_________。 A.变压器的铁芯没有闭合B.一定是电压的测量出了问题C.副线圈实际匝数与标注的“220”匝不符，应该小于200匝D.学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
【实验目的】1.探究变压器线圈两端的电压与线圈匝数间的定量关系。2.学会用___________探究物理规律。
【实验器材】 可拆变压器(如图)，低压_____电源，交流_____表，带夹的导线。
【实验原理与设计】1.实验的基本思想—— 控制变量法。(1)变量的控制要求：在物理实验中，要注意控制实验过程中的不同变量。(2)设计思路：①保持原线圈两端电压和匝数不变的前提下，改变_______的匝数，探究原线圈与副线圈的电压与匝数的关系。②保持原线圈两端电压和副线圈匝数不变的前提下，改变_______的匝数，探究原线圈与副线圈的电压与匝数的关系。
2.实验原理：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。(1)保持原线圈两端电压和匝数不变，改变副线圈的匝数，用交流电压表测出_______两端的电压。(2)保持原线圈两端电压和副线圈匝数不变，改变原线圈的匝数，用交流电压表测出_______两端的电压。
3.实验设计：(1)实验电路如图 (2)物理量的测量方法：①原、副线圈的匝数_____读出。②用交流电压表直接测量副线圈两端的电压。
一、实验步骤1.画出记录数据的表格。2.原线圈加U1=10 V的电压，原线圈的匝数nab=200匝，nbc=400匝，副线圈的匝数nde=100匝，nef=150匝，原线圈接ab接线柱，副线圈接de接线柱，连接电路后，用交流电压表测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。3.保持原线圈匝数不变，副线圈接ef接线柱，连接电路后，用交流电压表测出副线圈电压值并将数据填入表格。
4.副线圈接de接线柱，原线圈接bc接线柱，同样用交流电压表测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。5.保持副线圈匝数不变，原线圈接ac接线柱，重复上步，测出副线圈两端电压值并将数据填入表格。
【思考·讨论】能用超过12 V的电源吗？手能触及裸露的导线吗？(科学思维)提示：为了人身安全，只能使用低压交流电压，所用电压不能超过12 V；通电时不能用手接触裸露的导线。
二、数据收集与分析1.实验数据：
2.实验结论：实验和理论分析表明，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即 。
【误差分析】1.实验原理不完善造成系统误差：变压器工作时会漏磁，铁芯和导线发热也会使变压器的能量损耗。2.测量、操作不够准确造成偶然误差：电压表读数不规范。
类型一 实验操作【典例1】在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，原线圈和副线圈中接入的是( )A.原线圈中接入220 V交流电B.原线圈中接入学生电源12 V以下直流输出C.副线圈接直流电压表D.副线圈接交流电压表
【解析】选D。变压器的工作原理是互感现象，因此原线圈要接交流电，但不一定是220 V，输出电压是交流电压，故副线圈接交流电压表，不能接直流电压表，故A、B、C错误，D正确。
类型二 数据处理【典例2】(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有 ________________。
(2)若在实验中用匝数N1=400匝和N2=800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是_________。
A.N1一定是原线圈 B.N2一定是原线圈C.N1可能是副线圈D.N2可能是副线圈
【解析】(1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表，所以不需要干电池和滑动变阻器，故选A、C；(2)表格中每组数据都可以看出匝数之比近似等于电压之比，N1=400匝和N2=800匝， ，因为在实验中有漏磁，所以会导致副线圈的电压小于理论值，由表中数据得出U1小于理论值，所以N1为副线圈，N2为原线圈，故选B。答案：(1)A、C (2) B
类型三 实验创新【典例3】有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。
(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，由此可推断_________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。 (2)如果把它看成理想变压器，现要测定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。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示) _____________________________ 。(3)A线圈的匝数为nA=_________(用所测物理量符号表示)。
【解析】(1)欧姆表示数等于指针示数与挡位的乘积，用同一挡位测电阻，指针偏角越大，所测电阻阻值越小，指针偏角越小，电阻阻值越大，由图示可知，a位置指针偏角小，线圈A的电阻大，线圈A的匝数较多。(2)实验步骤：①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；②将A线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U；④然后求线圈A的匝数。(3)根据变压器电压比等于匝数比，有： ，则nA=n 。
答案：(1)A (2)见解析 (3) n
1.在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的实验中，实验室中有下列器材：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、导线若干上述器材在本实验中不用的是_________(填器材料序号)，本实验中还需用到的器材有： _________________________。
【解析】变压器线圈两端的电压与匝数的关系： ；所以需要知道原、副线圈的匝数，可拆变压器就能满足条件，故A必用；变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故B不必用到；变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生，故C不必用到；需要用到低压交流电源，变压器线圈两端的电压与匝数的关系： ，需要测电压，所以需要一个测电压的仪器，故D必用；做电学实验，当然需要用到开关、导线，故E必用；上述器材在本实验中不必用到的是：B、C。本实验中还需用到的器材有：低压交流电源。
答案：B、C 低压交流电源
2.如图所示，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，电源输出端与变压器线圈连接方式正确的是_________(选填“甲”或“乙”)。变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝，测得的电压分别为8.2 V和3.6 V，据此可知电压比与匝数比不相等，主要原因是 。
【解析】变压器是在交流电的条件下工作的，所以需要接交流电，故应选图乙；变压器工作时会漏磁，所以电压比与匝数比不等，同时铁芯和导线发热也会影响变压器的能量损耗。答案：乙 漏磁、铁芯发热、导线发热
3.(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na=60匝和nb=120匝的变压器，实验测量数据如表：
根据测量数据可判断连接电源的线圈是_________(选填“na”或“nb”)。 (2)用如图1所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁铁从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从_________(选填“a到b”或“b到a”)。在磁铁穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t变化的图像应该是图2中的_________。
【解析】(1)为了完成变压器的探究，需要使用交流电源，测量交流电压的多用电表。为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原副线圈，因此正确答案为A、C、E；由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端。
(2)磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如题图所示的位置时，依据楞次定律，感应磁场方向向下，根据安培定则，则感应电流方向盘旋而上，即流过线圈的感应电流方向为“b到a”；当磁铁完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，则磁铁会加速运动，当到达线圈底部时，磁通量变化率大于磁铁进入线圈时的磁通量变化率，依据法拉第电磁感应定律，则到达底部的感应电流较大，再由楞次定律可知，进与出的感应电流方向相反，故A正确，B、C、D错误；答案：(1)A、C、E nb (2)b到a A
4.某同学选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”，变压器原副线圈两端所接的电源是电压为12 V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_________ ；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”)。
【解析】变压器不能改变直流电压，故电源应为低压交流电源；由 知U2= U1，原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数n2，则副线圈两端的电压增大，由U2= U1可知n2不变，n1增大，则U2减小。上述实验采用的是控制变量法。答案：交流电源 增大 减小 控制变量法
5.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)； (2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1=1 600，n2=400，当将n1作原线圈时，U1=16 V，副线圈两端电压U2=4 V；原线圈与副线圈对调后，当U1′=8 V时，U2′=32 V，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_________。
【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；(2)两线圈的匝数n1=1 600，n2=400，当将n1作原线圈时，U1=16 V，副线圈两端电压U2=4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′=8 V时，U2′=32 V，此时U2′为副线圈的电压，而U1′为原线圈的电压；由以上数据可得： 。
答案：(1)①③②④ (2)
6.小姚同学做了“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，请回答以下问题：(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应_________(填字母)。 A.选甲图中的器材 B.选乙图中的器材C.都可以选D.都不能选
(2)小姚在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝，他将原线圈接入学生电源中的交流电压6 V挡位，用合适的电表测出副线圈的电压为13.0 V，则下列叙述符合实际情况的一项是_________。 A.变压器的铁芯没有闭合B.一定是电压的测量出了问题C.副线圈实际匝数与标注的“220”匝不符，应该小于200匝D.学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
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