3.3 第2课时 实验：探究变压器的电压与匝数的关系（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第2课时　实验：探究变压器的电压与匝数的关系 [对应学生用书P77] 一、实验目的 探究变压器的电压与匝数的关系。 二、实验器材 可拆变压器、学生电源、交流电表、导线若干。 三、实验原理 电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于交变电流的大小、方向在不断地变化，铁芯中的磁场强弱和方向也在不断地变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。 四、实验操作 1．按图示电路连接实物。 2．利用学生电源在变压器原线圈1、4两接线柱间输入较低交流电压。 3．利用交流电压表分别测量不同端点间的电压并填入下表。 接线端 1、2 2、3 1、3 2、4 1、4 1′、2′ 2′、3′ 1′、3′ 匝数n 200 600 800 1 200 1 400 100 300 400 1 电压U/V 比值/V 2 电压U/V 比值/V 3 电压U/V 比值/V 4.在原线圈1、4两接线柱间输入不同的电压，重复以上测量，并填入表格中。 5．分析表格数据，得到实验结论。 五、数据处理 计算和的值。 六、实验结论 在误差范围内，变压器的各组线圈的电压U与匝数n之比都为一个常量，即＝C。 1．注意事项 (1)连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误后，才能接通电源。 (2)注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过16 V。 (3)若改用多用电表交流电压挡测电压时，先用最大量程试测，然后再用适当的挡位进行测量。 2．误差分析 (1)线圈绕组的电阻有铜损现象。 (2)变压器铁芯内有漏磁。 (3)铁芯中有发热现象。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P78] 探究点一 实验原理与操作 【例1】 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)下列说法正确的是 。 A．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” 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．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量 D．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 E.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 答案：(1)BCE　(2)AC 解析：(1)变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”测量，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，B正确；测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，防止烧坏电压表，C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，D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，E正确。 (2)变压器线圈通电会产生磁场，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，A正确；若仅增加原线圈匝数，次级电压将减小，小灯泡亮度将变暗，B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈电压升高，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亮起，C正确。 探究点二 数据处理与分析 【例2】 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中： (1)除变压器外，实验时需要的仪器为图中的 (填选项字母)。 (2)一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00 V和3.80 V，发现电压比与匝数比并不相等，主要原因是 (至少写出两点)。 答案：(1)BE　(2)有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压 解析：(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，除变压器外，还需要低压学生交流电源及多用电表，故选B、E； (2)实验中，发现电压比与匝数比并不相等，主要原因可能是：有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压，从而出现电压之比与匝数之比不相符的情况。 探究点三 实验拓展与创新 【例3】 某同学想用220 V交流电作为小型收录机的电源。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 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。 (3)为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数na＝80匝和nb＝160匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如下，则接电源的是 (选填“na”或“nb”)。 Ua/V 1.80 2.80 3.80 Ub/V 4.00 6.01 8.02 答案：(1)6 V　(2)11 000　(3)nb 解析：(1)由于变压器输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，故副线圈电线电阻要小，所以引线要粗，故a、d接6 V，b、c接220 V。 (2)根据电压比等于匝数比可得＝，所以n1＝n2＝×300＝11 000匝。 (3)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计；考虑到这些损耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。由题知＝＝，由表中数据可知<，所以接电源的是nb。 [对应学生用书P80] 1．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中： (1)原线圈中接入的电源是 。 A．220 V交流电 B．学生电源16 V以下直流输出 C．学生电源16 V以下交流输出 (2)对于实验过程，下列说法正确的是 。 A．为便于探究，应该采用控制变量法 B．因为实验所用电压较低，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 答案：(1)C　(2)A 解析：(1)“探究变压器的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表，变压器能改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过16 V，故选C。 (2)探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，为便于探究，应该采用控制变量法，A正确；实验通电时，用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，则将人体并联在电路中，导致所测数据不准确，B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，C错误。 2.(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5 V，用演示电表交流50 V挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是 。 A．5∶8 B．5∶16 C．1∶14 D．1∶8 (2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈， (选填“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。 答案：(1)D　(2)副线圈 解析：(1)根据电压表读数的方法可知，该变压器的输出电压为40 V，所以变压器的原副线圈匝数之比＝＝＝，D正确，A、B、C错误。 (2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头见到的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线。 3．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： ①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上； ②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； ③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； ④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 (只填步骤前数字序号)。 (2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压 U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝8 V时，U2′＝32 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 。 答案：(1)①③②④　(2)＝ 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①③②④。 (2)两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压，由以上数据可得＝。 4．某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈的电压与匝数关系”的实验。他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干。 (1)实验需要以下哪种电源 。 A．低压直流电源 B．高压直流电源 C．低压交流电源 D．高压交流电源 (2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈电压值。由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的 (选填“有效”或“最大”)值。其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为 V。 (3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 (选填“正比”或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损导致原线圈与副线圈的电压之比一般 (选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。 答案：(1)C　(2)有效　7.2　(3)正比　大于 解析：(1)因为探究变压器原、副线圈的电压与匝数关系，必须用交流电，又因为安全起见必须用低压电源，所以用低压交流电源，故选C。 (2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V。 (3)根据＝可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比。实验中由于变压器的铜损和铁损导致副线圈的电压U2减小，所以导致>。 5．一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。 (1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压 (选填“直流”或“交流”)电源。 (2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将A线圈接电源。用电压表分别测出线圈A，线圈B及线圈C两端的电压，记录在下面的表格中，则线圈A的匝数为 匝，线圈B的匝数为 匝。 A线圈电压 B线圈电压 C线圈电压 8.0 V 3.8 V 0.2 V (3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该 (选填“多一些”或“少一些”)更好。 答案：(1)交流　(2)400　190　(3)多一些 解析：(1)需要选用低压交流电，才能产生交变的磁场。 (2)根据变压器原理有：＝ 解得：nA＝nC＝×10＝400匝 同理有：＝ 解得nB＝nC＝×10＝190匝。 (3)根据＝可知C的匝数越多，C的电压示数越大，测量更准确，故线圈C的匝数应该多一些。 学科网（北京）股份有限公司 $$