第11章 第4讲 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(Word教师用书)-【新高考方案】2025年高考物理一轮总复习（江苏北京专版）

第4讲　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(基础实验) 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 实验原理图 实验方法：控制变量法 (1)U1、n1一定，研究n2和U2的关系； (2)U1、n2一定，研究n1和U2的关系。 操作要领 (1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。 (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n1对副线圈电压U2的影响。 二、掌握数据处理方法 将两种情况下所测数据分别列表，通过分析可知，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。 三、注意实验细节 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，先用最大量程挡试测，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，只有这时才能接通电源。 四、做好误差分析 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。 二、应用发展/练中融通 1．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。 (1)关于实验操作，下列说法正确的是________。 A．为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V B．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路 C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量 (2)在实验中，该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将____________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 解析：(1)实验操作中，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，故A正确；实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。 (2)在实验中，保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，根据变压器变压公式，副线圈两端的电压将增大。 答案：(1)A　(2)增大 2．有一个教学用的可拆变压器，如图1所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同)，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2中的a、b位置，由此可推断____________(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。 (2)该实验中输入端所接电源最适合的是______________________________。 A．220 V交流电源 B．12 V以内低压直流电源 C．36 V安全电源 D．12 V以内低压交流电源 (3)如果把图1的可拆变压器看作理想变压器，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。请完成实验步骤的填空： 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__________(选填“A”或“B”)线圈与低压交流电源相连接。 ③用多用电表的____________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。 ④则A线圈的匝数为____________。 解析：(1)根据电阻定律，导线电阻率和横截面积相同时，导线越长，电阻越大，A线圈电阻比B的大，故A线圈匝数较多。 (2)为保证人身安全，应用12 V以内低压交流电源，故选D。 (3)②要测量A线圈的匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接。③变压器输入、输出都是交流电，所以要用交流电压挡测输入和输出电压。④根据变压器电压比等于匝数比，有＝，解得nA＝。 答案：(1)A　(2)D　(3)②A　③交流电压　④n 3．(2024·无锡统考)某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。 (1)该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法________(选填“A”或“B”)； (2)实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数______(选填“变大”“变小”或“不变”)； (3)在正确组装变压器后，甲、乙、丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈电压U1、原线圈的匝数n1、副线圈的匝数n2的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，哪个同学的实验结果有误______(选填“甲”“乙”或“丙”)。 (4)小琳同学在某次实验中选择标注匝数nA＝200匝的线圈A作为原线圈，标注匝数nB＝100匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压U1，测得对应的输出电压U2，得到实验数据如表所示。分析下列可能的误差原因，你认为正确的有________。 实验次数 nA/匝 nB/匝 U1/V U2/V 1 200 100 8.2 4.0 2 200 100 6.1 2.9 3 200 100 4.0 1.9 A．原、副线圈的电压的频率不相等 B．变压器线圈中有电流通过时会发热 C．铁芯在交变磁场的作用下会发热 D．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量 解析：(1)由题图可知，A为直流接法，B为交流接法，而要探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，则必须使用交变电压，只有变化的电流才能产生变化的磁场。故选B。 (2)将线圈直接接入交变电源，则线圈中就会产生周期性变化的磁场，而将另一个接了电压表的线圈逐渐靠近接入电源中的线圈时，接了电压表的线圈中的磁通量就会发生变化，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝nS，可知越靠近通电线圈，接了电压表的线圈磁通量变化率就越大，产生的感应电动势就越大，因此可知电压表的读数将变大。 (3)根据变压器原副线圈匝数与电压的关系＝，可得U2＝，则在原副线圈匝数比一定的情况下，副线圈中的电压与原线圈中的电压成正比，U2-U1图像为过原点的倾斜直线；当原线圈的匝数以及原线圈中的电压一定时，副线圈中的电压与副线圈的匝数成正比，U2-n2图像为一条过原点的倾斜直线；若原线圈中的电压与副线圈的匝数一定时，副线圈中的电压与原线圈的匝数成反比，即副线圈中的电压与原线圈匝数的倒数的图像为一条过原点的倾斜直线，因此实验结果有误的为乙。 (4)由表中数据可知，原副线圈的匝数比小于原副线圈中的电压之比，即有电能的损失。变压器不会改变电压的频率，故A错误；根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，俗称铜损，故B正确；铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故C正确；因为铁芯对磁场的约束不严密，因此，穿过副线圈的磁通量一定小于原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D错误。 答案：(1)B　(2)变大　(3)乙　(4)BC 4．(2024·徐州统考)某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。 图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表所示。 实验序号 原线圈匝数n1＝400原线圈两端电压U1/V 副线圈匝数n2＝200 副线圈两端电压U2/V 副线圈匝数n3＝1 400 副线圈两端电压U3/V 1 5.8 2.9 20.3 2 8.0 4.0 28.0 3 12.6 6.2 44.0 请回答下列问题： (1)在图乙中，应将A、B分别与________(填“a、b”或“c、d”)连接。 (2)根据表中数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于________________。 (3)在实验序号为2的测量中，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压________(填正确答案标号)。 A．一定小于4.0 V　　　 B．一定等于4.0 V C．一定大于4.0 V 解析：(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数的关系的实验中，原线圈两端应接入交流电，故应将A、B分别与c、d连接。 (2)根据题表中数据可得，在实验误差允许范围内＝，＝，得出结论：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。 (3)若把题图丙中的可移动铁芯取走，磁损耗变大，原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大，根据法拉第电磁感应定律知，副线圈两端电压一定小于4.0 V。故选A。 答案：(1)c、d　(2)两个线圈的匝数之比　(3)A 学科网（北京）股份有限公司 $$