实验06 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系-【同步实验课】2023-2024学年高二物理物理教材实验大盘点

实验06 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 一、变压器的原理 1．构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 2．原线圈：与交流电源连接的线圈叫原线圈，也叫初级线圈。 副线圈：与负载连接的线圈叫副线圈，也叫次级线圈。 3． 工作原理：利用互感现象。 二、实验思路 1．变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。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．本实验通过与副线圈相连接的多用电表，观察原线圈电压变化时，副线圈的输出电压的变化；通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。 3．用控制变量法研究。 三、实验器材 两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器(如图甲)、导线 若干。 四、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。 五、实验结论 实验分析表明，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 六、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用适当的挡位进行测量。 七、实验误差分析 实验中的误差主要是 (1)实验所用变压器存在各种损耗； (2)多用电表的读数存在误差。 【典例1】(2023·北京朝阳区期末)某班物理实验课上，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)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．变压器的原线圈接低压交变电流，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C．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 D．测量副线圈电压时，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 E．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 F．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)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________。 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 (3)理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素；并证明：理想变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即＝。 【典例2】 某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的 实验。 (1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。 A．干电池组 B．学生电源 C．多用电表 D．直流电压表 E．滑动电阻器 F．条形磁体 G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈) (2)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：___________________________________________________________。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 【典例3】理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器、一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。 (1)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 ___________________________________________________________