2023新教材高考物理一轮第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器实验十八探究变压器原副线圈电压与匝数的关系课件

实验十八　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系\n必备知识·自主排查关键能力·分层突破\n必备知识·自主排查\n一、实验目的探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系．二、实验原理1．实验电路图2．实验方法采取控制变量法(1)n1一定，研究n2和U2的关系．(2)n2一定，研究n1和U2的关系．\n三、实验器材学生电源(低压交流电小于12V)1个、可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、多用电表(交流电压挡)1个、导线若干．\n四、实验过程1．保持原线圈的匝数n1＝400匝和电压U1＝5V不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．(1)选择原线圈的匝数n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上，将选择开关调至使原线圈两端电压为5V．将多用电表与原线圈n1＝400匝的接线柱相连接，检查原线圈的电压是否为5V，如图甲．\n表格一U1＝5V，n1＝400匝(2)将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙，读出副线圈两端的电压U2.将n2、U2的数值记录在表格一中．(3)将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙，读出副线圈两端的电压U2.将n2、U2的数值记录在表格一中．(4)将多用电表与副线圈n2＝1400匝的接线柱相连接，如图丁，读出副线圈两端的电压U2.将n2、U2的数值记录在表格一中．实验次数123n2/匝U2/V\n2．保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响．表格二U1＝5V，n2＝400匝(1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈．选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上．(2)将选择开关拨至5V挡．(3)将多用电表与原线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.将n1、U2的数值记录在表格二中．实验次数123n1/匝U2/V\n(4)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.将n1、U2的数值记录在表格二中．(5)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.将n1、U2的数值记录在表格二中．(6)拆除实验线路，整理好实验器材．\n五、数据处理分析表格一和表格二数据可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比．六、误差分析1．由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差．2．原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差．3．铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差．4．多用电表的读数存在误差．\n七、注意事项1．要事先推测副线圈两端电压的可能值．2．为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱．3．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量．\n关键能力·分层突破\n考点一　教材原型实验例1(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：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必用到的是________(填器材前的序号)．BC解析：变压器的原理是互感现象，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，故条形磁铁B不必用到，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，故直流电源C不必用到，需要用到低压交流电源；\n(2)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在电源上，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12V以下交流电压，电表用交流电压挡D．原线圈接220V交流电压，电表用交流电压挡(3)实验前甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1.你认为猜想合理的同学是________，你做出上述判断所依据的物理规律是__________________．C甲法拉第电磁感应定律\n解析：(2)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，为了安全，电压选用实验室12V以下电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，综合(1)可知，应选C；(3)由变压器的工作原理可知：猜想合理的同学是甲同学．做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律．\n【跟进训练】1.[2022·山东泰安模拟]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．\n(1)以上操作的合理顺序是_________(只填步骤前的数字序号)；(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；原线圈与副线圈对调后，当U′1＝8V时，U′2＝32V，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________．①③②④＝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，顺序为①③②④.(2)两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；当原线圈与副线圈对调后，U′1＝8V时，U′2＝32V，此时U′2为原线圈的电压，而U′1为副线圈的电压，由以上数据可得：＝.\n2．在“探究变压器原、副线圈两端电压与匝数关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如下表所示．(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中．实验序号原线圈两端的电压U1/V副线圈两端的电压U2/V13.97.71∶2.025.911.61∶2.037.815.21∶1.9解析：第三组数据为：＝＝.\n(2)本实验可得出结论：在误差允许的范围内，变压器线圈两端电压与匝数关系为________(用题目中给出的字母表示)．(3)该变压器是________(选填“升压”或“降压”)变压器．＝升压解析：(2)线圈匝数之比＝＝，结合表格中的数据知，在误差允许的范围内，线圈两端电压与匝数的关系是＝.(3)从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器．\n考点二　拓展创新型实验例2[2022·首都师范大学附属中学高三考试]某学生选用匝数可调的可拆变压器(该变压器视为理想变压器)，如图甲所示，做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时，保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，可以研究副线圈匝数对输出电压的影响．\n(1)在U2为纵坐标，n2为横坐标．在图乙中画出变压器的输出电压U2与匝数n2关系图像的示意图，并说明U2n2图像斜率的物理意义．解析：根据题意作出图像如图所示．U2n2图像斜率的物理意义表示每匝线圈产生的电压．\n(2)设变压器原线圈的匝数为n1，感应电动势为E1，端电压为U1；副线圈的匝数为n2，感应电动势为E2，端电压为U2.请理论推导理想变压器线圈两端的电压与匝数的关系．解析：由于互感现象没有漏磁，原、副线圈中的每匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有：E1＝n1，E2＝n2，所以联立有：＝.由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端电压U1＝E1，副线圈两端电压U2＝E2，所以有：＝.\n(3)如图丙、丁所示，是电压互感器和电流互感器的原理图(“○”中的电表未画出)，根据它们的工作原理填写下列表格．“○”中所用的电表(选填“电压表”或“电流表”)比较原线圈与副线圈导线的粗细(选填“较粗”或“较细”)丙丁\n解析：根据电压互感器和电流互感器原理和特点可填表如下：“○”中所用的电表(选填“电压表”或“电流表”)比较原线圈与副线圈导线的粗细(选填“较粗”或“较细”)丙电压表较细丁电流表较粗\n【跟进训练】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．\n(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，则A线圈的电阻为________Ω，由此可推断__________(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多．24A解析：观察多用电表测的是电阻指向“×1挡”，故A线圈的电阻为24Ω.由此可推断A的线圈匝数较多．\n(2)如果把它看成理想变压器，现要测量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).A线圈的匝数为nA＝______．(用所测物理量符号表示)n解析：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.A线圈的匝数为nA＝n(其他方法，只要合理即可)\n4．某研究性学习小组的同学想用220V交流电源作为某小型电器的电源．他先制作了一个交流变为直流的整流器，但是这个整流器需要用6V的交流电源，于是他又添置了一台220V/6V的变压器，如图所示．他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗．(1)他不知道接法，也没有相应的说明书．你能帮他判断正确的接法是a、d端接________(选填“220V”或“6V”)．(2)这台220V/6V的理想变压器接6V的线圈匝数是300匝，则接220V的线圈匝数是________匝．6V11000\n解析：(1)因为理想变压器的输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，由公式R＝ρ知，引线要粗，故a、d接6V．(2)根据变压器工作原理知：＝，若理想变压器接6V的线圈匝数是300匝，则接220V的线圈匝数是11000匝．