2022届高考物理一轮突破实验十五 探究变压器原副线圈电压与匝数的关系.docx

1、实验十五探究变压器原副线圈电压与匝数的关系实验目的和器材实验原理实验目的探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。1.电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈就存在输出电压。2.实验电路图3.实验方法采用控制变量法(1)在输入电压和n1一定时,研究n2和U2的关系;(2)在输入电压和n2一定时,研究n1和U2的关系。实验器材学生电源(低压交流电小于12 V)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。【实验过程】1.保持原线圈的匝数n1=400匝和电压U1=5 V不变

2、,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5 V。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5 V,如图甲。表格一U1=5 V,n1=400匝实验次数123n2/匝U2/V(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

3、线圈n2=1 400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。2.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=5 V,n2=400匝实验次数123n1/匝U2/V(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5 V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。(4)保持n2=400匝,U1=5 V不变,将连接电源的两根导线与原线圈n1

4、=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=5 V不变,将连接电源的两根导线与原线圈n1=1 400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。【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。【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

5、读数存在误差。【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12 V,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。(4)连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查,然后请老师确认,只有这样才能接通电源。(5)在改变学生电源、线圈匝数前均要先断开开关,再进行操作。【实验创新】本实验的创新有两个视角:视角一:不改变实验原理,改变实验目的,在原线圈两端电压和匝数一定时,用多用电表测出副线圈两端电压就可以求出副线圈的匝数。视角二

6、:不改变实验装置和实验目的,还可以探究变压器是否是理想变压器。教材原型实验【典例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)。(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12 V以下交流电压,电表用交流电压挡D.原线圈接220 V交流电压,

7、电表用交流电压挡(3)实验前甲同学的猜想是U1U2=n1n2;乙同学的猜想是U1U2=n2n1。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。创新型实验类型一不变目的和装置,探究变压器是否为理想变压器【典例2】小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验,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。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)小华在做本实验时,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,用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V,则下列叙述可能符合实际情况的一项是。

8、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“200”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”(3)用匝数na=100匝和nb=200匝的变压器,实验测量数据如表,U1/V1.602.503.704.60U2/V3.705.307.609.70根据测量数据可判断连接电源的线圈是(选填“na”或“nb”)。类型二不变原理,变目的(计算线圈匝数)【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

9、位置,则A线圈的电阻为,由此可推断(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。(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)答案解析教材原型实验【典例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)。(2)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关

10、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12 V以下交流电压,电表用交流电压挡D.原线圈接220 V交流电压,电表用交流电压挡(3)实验前甲同学的猜想是U1U2=n1n2;乙同学的猜想是U1U2=n2n1。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。【解析】(1)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

11、用到低压交流电源;(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12 V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。答案:(1)B、C(2)C(3)见解析创新型实验类型一不变目的和装置,探究变压器是否为理想变压器【典例2】小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验,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。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)小华在做本实验时,选择

12、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,用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V,则下列叙述可能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“200”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”(3)用匝数na=100匝和nb=200匝的变压器,实验测量数据如表,U1/V1.602.503.704.60U2/V3.705.307.609.70根据测量数据可判断连接电源的线圈是(选填“na”或“nb”)。【解析】(1)由题图可知,甲图是多用电表,而乙图是电压表,实验需要测

13、量交流电压,因此选用甲图,故A正确,B、C、D错误。(2)根据理想变压器的原副线圈的电压与其匝数关系式=,若变压器的铁芯没有闭合,则得出副线圈的电压小于12 V,A错误;若是电压的测量出了问题,应该是小于12 V,不应该大于12 V,B错误;副线圈实际匝数与标注的“200”不符,若小于200匝,由以上公式可知,副线圈的电压小于12 V,C错误;若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”,由以上公式可知,副线圈的电压可能为13 V,D正确。(3)根据题意,电压比与匝数比不相等,可知该变压器为非理想变压器,考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响,判断出U2为原线圈上电压大小,则判断出接电源的

14、是nb。答案:(1)A(2)D(3)nb【创新解读】(1)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;(2)原线圈接交流电压,输出电压也是交流电压。实际实验中会存在漏磁现象,则副线圈的端电压U2U1。类型二不变原理,变目的(计算线圈匝数)【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,则A线圈的电阻为,由此可推断(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。(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)【解析】(1)观察多用电表测的是电阻指向“1挡”,故A线圈的电阻为24 。由此可推断A的线圈匝数较多。(2)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;将A线圈与低压交流电源相连接;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)答案:(1)24A(2)见解析【创新解读】根据变压器的原理,电压与匝数成正比,列出实验步骤,计算线圈的匝数是本实验的创新点。