2023版新教材高考物理一轮复习 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学生用书.docx

1、实验十八探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系【必备知识自主排查】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的关系三、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、导线若干四、实验过程1保持原线圈的匝数n1400匝和电压U15 V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n1400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

2、V将多用电表与原线圈n1400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U15 V，n1400匝实验次数123n2/匝U2/V(2)将多用电表与副线圈n2200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n2800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n21 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U15

3、V，n2400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n2400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n1200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n2400匝，U15 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1800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n2400匝，U15 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n11 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

4、录在表格二中(6)拆除实验线路，整理好实验器材五、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

5、的挡位进行测量【关键能力分层突破】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)(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，电表用交流电压挡(3)实验前甲同学的猜想是U

6、1U2n1n2；乙同学的猜想是U1U2n2n1.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_【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：将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；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；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；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_(只填步骤前的数字序号)；(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1作为原线圈时，U116 V，副线圈两端电压U24

7、V；原线圈与副线圈对调后，当U18 V时，U232 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_2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n1120匝、n2240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，数据如下表所示实验序号原线圈两端的电压U1/V副线圈两端的电压U2/VU1U213.97.712.025.911.612.037.815.2(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

8、(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(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U2 n2图像斜率的物理意义(2)设变压器原线圈的匝数为n1，感应电动势为E1，端电压

9、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(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【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(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

10、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)4某研究性学习小组的同学想用220 V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6 V的交流电源，于是他又添置了一台220 V/6 V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“220 V”或“6 V”)(2)这台220

11、 V/6 V的理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是_匝实验十八探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系关键能力分层突破例1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

12、依据的物理规律是法拉第电磁感应定律答案：(1)BC(2)C(3)甲法拉第电磁感应定律1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.(2)两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1作为原线圈时，U116 V，副线圈两端电压U24 V；当原线圈与副线圈对调后，U18 V时，U232 V，此时U2为原线圈的电压，而U1为副线圈的电压，由以上数据可

13、得：U1U2n1n2.答案：(1)(2)U1U2n1n22解析：(1)第三组数据为：U1U27.815.211.9.(2)线圈匝数之比n1n212024012，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U1U2n1n2.(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答案：(1)11.9(2)U1U2n1n2(3)升压例2解析：(1)根据题意作出图像如图所示U2 n2图像斜率的物理意义表示每匝线圈产生的电压(2)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t，根据法拉第电磁感应定律有：E1n1t，E2n2t，所以联立有：E1E2n1n2

14、.由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端电压U1E1，副线圈两端电压U2E2，所以有：U1U2n1n2.(3)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答案：(1)图见解析，物理意义为每匝线圈的电压(2)推导过程见解析(3)见解析3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nAUAUn(其他方法，只要合理即可)答案：(1)24A(2)见解析4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PUI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RlS知，引线要粗，故a、d接6 V(2)根据变压器工作原理知：UaUbNaNb，若理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是11 000匝答案：(1)6 V(2)11 000