第三章 第3节 第1课时 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第3节　变压器 第1课时　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 [学习目标要求]　1.会用控制变量法进行实验探究。2.能分析实验数据，总结实验结论。 一、实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 二、实验器材 多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干。 甲　　　　　　　　　乙 三、实验步骤 1．按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 2．接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。 3．保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值。 4．保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。 四、实验结论 实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 五、注意事项 1．在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 2．为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。 3．为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 考查热点一　实验原理与操作 　物理研究课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示： (1)(多选)下列说法正确的是 。 A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数 B．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响 C．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈 D．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用 (2)(多选)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是 。 丙 A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力 B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变 C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起 解析：(1)为确保实验安全，实验中要求副线圈匝数小于原线圈匝数，使得次级电压较小，故A错误；实验时可采用控制变量法，先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故B正确；变压器开始正常工作后，通过电磁感应，把电能由原线圈输送到副线圈，故C错误；变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，故D正确。故选BD。 (2)变压器线圈通电时会产生磁场，而变压器上端的横条相当于磁铁，下端对横条有吸引力作用，因此与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；仅增加原线圈匝数，次级电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈电压上升，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能使学生电源的过载指示灯会亮起，故C正确。 答案：(1)BD　(2)AC 考查热点二　数据处理和误差分析 　在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。 (1)如图所示是“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验示意图，a线圈接交流电源，b线圈接交流电压表，在实验过程中 。 A．只增加b线圈的匝数，电压表的示数一定增大 B．只增加a线圈的匝数，电压表的示数一定增大 C．同时增加a、b两线圈的匝数，电压表的示数一定增大 D．只改变a线圈两端的电压，电压表的示数不变 (2)某实验小组通过实验，记录的数据如下表： 原线圈匝数n1(匝) 100 200 400 400 副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800 原线圈两端的电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86 副线圈两端的电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64 通过分析实验数据可得出的实验结论是 。 解析：(1)电压表示数设为Ub，交流电源电压设为Ua，则＝，所以只增加nb，Ub一定增大，A正确；而只增加na，Ub一定减小，B错误；na、nb都增加，Ub不一定增大，C错误；只改变Ua，Ub一定改变，D错误。 (2)分析每组实验数据，可知与的值近似相等，可得出的实验结论是，在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压比等