实验十八　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

实验十八探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系【必备知识咱主排查】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.实验电路图2.实验方法采取控制变量法（1）〃1一定，研究〃2.实验方法采取控制变量法（1）〃1一定，研究〃2和的关系.（2）〃2一定，研究〃1和的关系.三、实验器材学生电源（低压交流电小于12V）1个、电表（交流电压挡）1个、导线假设干.可拆变压器（铁芯、两个匝数的线圈）、多用四、实验过程.保持原线圈的匝数%=400匝和电压U1=5V不变，改变副线圈的匝数〃2,研究小对副线圈电压。2的影响.⑴选择原线圈的匝数/ii=400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5V.将多用电表与原线圈m=400匝的接线柱相连接，检查原线圈的电压是否为5V,如图甲.甲乙丙丁甲乙丙丁表格一U\=5V,n\=400匝实验次数123物/匝t/2/v(2)将多用电表与副线圈712=200匝的接线柱相连接，如图乙，读出副线圈两端的电压Ui.将〃2、5的数值记录在表格一中.(3)将多用电表与副线圈"2=800匝的接线柱相连接，如图丙，读出副线圈两端的电压。2.将〃2、。2的数值记录在表格一中.(4)将多用电表与副线圈〃2=1400匝的接线柱相连接，如图丁，读出副线圈两端的电压仿.将犯、。2的数值记录在表格一中..保持副线圈的匝数〃2和原线圈两端的电压U］不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响.表格二U1=5V,〃2=400匝实验次数123/匝IhN(1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈.选择722=400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5V挡.(3)将多用电表与原线圈n\=200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压。2.将〃1、。2的数值记录在表格二中.(4)保持〃2=400匝，U1=5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈m=800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压上.将〃1、①的数值记录在表格二中.(5)保持〃2=400匝，Ui=5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈〃|=1400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压。2.将小、5的数值记录在表格二中.(6)撤除实验线路，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Ui、仿之比等于两个线圈的匝数〃|、小之比.六、误差分析.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..原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差..铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差..多用电表的读数存在误差.七、考前须知.要事先推测副线圈两端电压的可能值..为了人身平安，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V,即使这样，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱..为了多用电表的平安，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，实验室中备有以下

可供选择的器材：A.可拆变压器(铁芯、两个匝数的线圈)B.条形磁铁C.直流电源D.多用电表E.开关、导线假设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，以下操作正确的选项是()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12V以下交流电压，电表用交流电压挡D.原线圈接220V交流电压，电表用交流电压挡(3)实验前甲同学的猜测是5:U2H:〃2；乙同学的猜测是5:。2=〃2:%.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】“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: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(只填步骤前的数字序号)；(2)如下图，在实验中，两线圈的匝数/21=1600,,72=400,当将m作为原线圈时,l/i=16V,副线圈两端电压S=4V；原线圈与副线圈对调后，当。i=8V时，U%=32V,那么可初步确定，变压器两个线圈的电压口、与线圈匝数〃1、①的关系是..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m=120匝、〃2=240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Ui/V副线圈两端的电压UdV513.97.71:2.025.911.61：2.0

(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出5、。2的比值，还有一组。2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中.(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。2为纵坐标，〃2为横坐标.在图乙中画出变压器的输出电压与匝数"2关系图像的示意图，并说明图像斜率的物理意义.(2)设变压器原线圈的匝数为小，感应电动势为昂，端电压为S；副线圈的匝数为〃2,感应电动势为反,端电压为。2.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以下表格.02814O”中所用的电表(选填电压表”或“电流表”)比拟原线圈与副线圈导线的粗细(选填“较粗”或“较细”)O”中所用的电表(选填电压表”或“电流表”)【E艮进训练】.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.

甲乙(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。位置，那么A线圈的电阻为Q,由此可推断(选填"©或皮)线圈的匝数较多.(2)如果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，请简要表达实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)A线圈的匝数为"=.(用所测物理量符号表示).某研究性学习小组的同学想用220V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6V的交流电源,于是他又添置了一台220V/6V的变压器，如下图.他看到这个变压器上有〃、b、c、d四个引出线头，且〃、d引线比仄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。、d端接(选填“220V”或“6V”).(2)这台220V/6V的理想变压器接6V的线圈匝数是300匝，那么接220V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，那么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，为了平安，电压选用实验室12V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：猜测合理的同学是甲同学.做出上述判断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①③②④.(2)两线圈的匝数〃1=1600,772=400,当将均作为原线圈时，Ui=16V,副线圈两端电压U2=4V；当原线圈与副线圈对调后，U1=8V时，U%=32V,此时UA为原线圈的电压，而为副线圈的电压，由以上数据可得：*=三U2n2答案：(1)①③②④⑵m=也U2Q.解析：⑴第三组数据为：察=不；=2.(2)线圈匝数之比也=W=g结合表格中的数据知，在误差允许的范围内，线圈两端电ri22402压与匝数的关系是学=二U2n2(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)1：1.9(2)》=也(3)升压U2n2例2解析：(1)根据题意作出图像如下图.。2-如图像斜率的物理意义表示每匝线圈产生的电压.⑵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詈，根据法拉第电磁感应定律有：E尸喏，3喏，所以联立有：号器

所以有:由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端电压。|=自，副线圈两端电压。2=及,匕=以所以有:\中所用的电表（选填“电压表”或“电流表”）比拟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T电流表较粗U2n2⑶根据电压互感器和电流互感器原理和特点可填表如下: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.解析：（1）观察多用电表测的是电阻指向“XI挡”，故A线圈的电阻为24Q由此可推断A的线圈匝数较多.（2）①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制〃匝线圈；②将A线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压”和绕制线圈的输出电压