高中物理新教材同步选择性必修第二册 第3章 3 课时2 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

课时2实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系[学习目标]学会探究在变压器输入电压一定时，副线圈上的电压与线圈匝数之间的关系．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、学生电源、开关、导线若干(如图1所示)图1三、物理量的测量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．实物接线如图2所示．图2表格一U1＝5V，n1＝400匝实验次数123n2/匝U2/V(1)选择n1＝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)将选择开关调至使原线圈两端电压为5V，如图甲所示．(3)将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示．读出副线圈两端的电压U2.(4)将n2、U2、n1、U1记录在表格一中．(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不变．将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中．(6)保持n1＝400匝，U1＝5V不变．将多用电表与副线圈n2＝1400匝的接线柱相连接，如图丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中．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．表格二U1＝5V，n2＝400匝实验次数123n1/匝U2/V(1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈．(2)选择n2＝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．(3)将选择开关拨至5V挡．(4)将多用电表与副线圈n2＝400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.(5)将n2、U2、n1、U1记录在表格二中．(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线先后与原线圈n1＝800匝和n1＝1400匝的接线柱相连接，重复上述实验，将结果记录到表格二中．(7)拆除实验线路，整理好实验器材．四、数据分析与结论分析表格一和表格二中记录的数据，可得以下结论：1．当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比．当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比．2．原、副线圈的电压之比eq\f(U1,U2)等于匝数之比eq\f(n1,n2).五、注意事项1．为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱．2．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．一、实验原理与操作(多选)如图3所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是()图3A．用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈B．测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表C．原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压大于原线圈电压D．为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响答案AD解析变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关，因此需要用可拆变压器研究，选项A、D正确．变压器只对交流电压有作用，故不能用直流电压表测量原、副线圈的电压，选项B错误．根据输入、输出电压之比等于原、副线圈匝数之比可知，原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，副线圈电压小于原线圈电压，选项C错误．二、探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系如果把一个可拆变压器看成理想变压器，两个线圈分别为A、B，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，请简要叙述实验步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.A线圈的匝数为nA＝____________.(用所测物理量符号表示)答案见解析解析①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈．②把低压交流电源接B线圈，用多用电表交流电压挡测得绕制的线圈的输出电压U.③用A线圈换下绕制的线圈，用多用电表交流电压挡测得A线圈的输出电压UA.nA＝eq\f(UA,U)n.为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验．必须要选用的是________．A．有闭合铁芯的原、副线圈B．无铁芯的原、副线圈C．交流电源D．直流电源E．多用电表(交流电压挡)F．多用电表(交流电流挡)用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表，Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(选填“na”或“nb”)．答案ACEnb解析为了完成实验，需要使用交流电源变压，故选用多用电表的交流电压挡．为了让变压效果明显，需要带闭合铁芯的原、副线圈．由于存在漏磁，所以副线圈测量电压值应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端．1．如图4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()图4A．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，电压表的示数不变答案A解析电压表示数设为Ub，交流电源电压设为Ua，则eq\f(Ub,Ua)＝eq\f(nb,na)，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．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：A．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B．条形磁体C．直流电源D．多用电表E．开关、导线若干上述器材在本实验中不必用到的是________(填器材前的序号)，本实验中还需用到的器材有______________．答案BC低压交流电源解析探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，需要知道原、副线圈的匝数，可拆变压器就能满足条件，故A必用到．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产生感应电动势，所以不需要外界的磁场，故B不必用到．如果原线圈中接的是直流电源，则副线圈中不会有感应电动势产生，故C不必用到，需要用到低压交流电源．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，需要测电压，所以需要一个测电压的仪器，故D必用到．做电学实验，需要用到开关、导线，故E必用到．3．有一个教学用的可拆变压器，如图5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．图5(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．220V交流电源 B．12V以内低压直流电源C．36V安全电压 D．12V以内低压交流电源答案(1)A(2)D解析(1)匝数多的导线横截面积小，长度大，故电阻大，A线圈电阻大，故A线圈匝数较多．(2)为保证学生安全，应用12V以内低压交流电源．4．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________________．(2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究．为保证实验安全、有效地进行，应选用________电源．(3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于________挡，并选用________量程进行试测，大致确定被测数据后，再