高二物理（人教版）教学课件 选择性必修二 第三章 第3节　第2课时 实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

(实验课—基于经典科学探究)第2课时11.实验准备——原理、器材和装置22.实验操作——过程、细节和反思33.实验考法——基础、变通和创新44.训练评价——巩固、迁移和发展CONTENTS目录1.实验准备——原理、器材和装置一、实验装置二、实验原理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。2.实验操作——过程、细节和反思一、实验步骤

1.如图所示,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.保持原线圈输入的电压和原线圈匝数不变,用多用电表交流电压挡测量原线圈电压,并记录在表格中。3.改变副线圈匝数,用多用电表分别测量副线圈上的电压,把匝数、电压的对应数据记录在表格中。4.保持副线圈匝数不变,改变原线圈匝数,用多用电表分别测量副线圈上的电压,把匝数、电压的对应数据记录在表格中。

四、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12V,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选用适当的挡位进行测量。1.进行数据分析时一般会发现副线圈输出电压都偏小,产生这一误差的原因可能是什么?提示:(1)由于漏磁,通过原、副线圈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。关键点反思2.用多用电表交流电压挡测电压时应注意什么问题?提示: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,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。3.实验考法——基础、变通和创新[例1]

在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。(1)为了确保实验的安全,下列做法正确的是

。

A.为了保证人身安全,只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12VB.连接好电路后,可不经检查电路是否正确,直接接通电源C.因为使用电压较低,通电时可用手直接接触裸露的导线和接线柱D.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考法(一)实验基本操作D

[解析]

变压器改变的是交流电压,因此为了保证人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不超过12

V,A错误;实验通电前必须要先检查电路是否正确,通电时若用手接触裸露的导线和接线柱,会将人体并联接入电路中,导致所测数据不准确,同时也有安全隐患,B、C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D正确。(2)某实验小组通过实验,记录的数据如下表:原线圈匝数n1(匝)100200400400副线圈匝数n2(匝)400400200800原线圈两端的电压U1(V)1.964.908.004.86副线圈两端的电压U2(V)7.809.763.909.64

在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比[微点拨]本题考查了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中操作的注意事项,检查电路连接正确后再接通电路,且只能使用低压交流电源。[例2]

在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中,可拆变压器如图甲所示。(1)观察变压器的铁芯,它的结构和材料是

。

A.整块硅钢铁芯

B.整块不锈钢铁芯C.由绝缘的铜片叠成的

D.由绝缘的硅钢片叠成的[解析]

观察变压器的铁芯,它是由绝缘的硅钢片叠成的,故选D。考法(二)数据处理和误差分析D

少(3)以下给出的器材中,本实验需要用到的是

。

BD

[解析]

实验中变压器原线圈需要输入交流电压,而干电池只能输出直流电压,学生电源可以输出交流电压,故选B;实验中变压器副线圈输出交流电压,而直流电压表只能测量直流电压,多用电表可以测量交流电压,故选D。

C

(5)等效法、理想模型法是重要的物理学方法,合理采用物理学方法会让问题变得简单,这体现了物理学科“化繁为简”之美。理想变压器是一种理想化模型。如图乙所示,心电图仪(将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器,其输出部分可以等效为左侧虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联)与一理想变压器的原线圈连接,一电阻箱R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻)。

[微点拨](1)变压器工作时铁芯中存在变化的磁通量,为减少因铁芯中产生较大的涡流引起的能量损失,铁芯由绝缘的硅钢片叠成。(2)理想变压器原、副线圈功率相等,低压线圈匝数少、电流大、导线粗。(3)题干中的“实际实验”意味着变压器不是理想变压器,存在漏磁、铁芯发热、导线发热等损失电压的情况,原线圈所接电压会略大于理论值。[例3]

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。考法(三)源于经典实验的创新考查(1)某同学用一多用电表的同一电阻挡先后测量了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

线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。

[解析]

电阻挡示数等于指针示数与挡位的乘积,用同一挡位测电阻,指针偏角越大,所测电阻阻值越小,指针偏角越小,电阻阻值越大,由题图乙可知,a位置指针偏角小,线圈A的电阻大,线圈A的匝数较多。A(2)如果把它看成理想变压器,现要测定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。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量,并用字母表示)

。

[解析]

实验步骤: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UA和绕制线圈的输出电压U;④然后求线圈A的匝数。见解析

[创新分析]

(1)利用多用电表测电阻的形式简单地判断匝数的多少。

(2)利用转化法定量测定变压器的匝数。4.训练评价——巩固、迁移和发展1.(2024·河南开封期末)某同学从家里旧电器上拆得一环形变压器(如图),但变压器的铭牌已经污损,无法看清参数。该同学利用高中所学知识来探究该变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系,操作步骤如下:(1)确定绕组:结合铭牌残存数据可知,图中1、2为输入端,3、4和5、6为两输出端,用多用电表电阻挡测量发现都导通。(2)测量变压器的原、两副线圈匝数分别为n1、n2和n3:先在该变压器闭合铁芯上紧密缠绕n=80匝漆包细铜线,并将理想交流电压表接在细铜线两端,然后在原线圈(1、2端)上输入有效值为220V的交流电,若理想交流电压表的示数为4.0V,则原线圈的匝数n1=

;把理想交流电压表分别接在3、4和5、6端,示数分别为12.0V、5V,则副线圈的匝数n2=

,n3=

。

4400240100

(3)该同学通过裸露部分观察,发现该变压器使用了两种规格的铜线绕制,结合前面数据可以推想,其中较粗的铜线属于

(填“原线圈”或“副线圈”)。

解析:由实验数据可知,变压器为降压变压器,副线圈电流大一些,所以需要较粗铜线绕制。副线圈(4)考虑到变压器工作时有漏磁损失,实验中测得的原线圈匝数

(填“大于”“等于”或“小于”)原线圈的实际匝数。

解析:变压器的铁芯漏磁,会造成副线圈电压实际值比理论值小,故实验中测得的原线圈匝数大于原线圈的实际匝数。大于2.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中:(1)原线圈中接入的电源是

。

A.电压为220V交流电源B.学生电源12V以下直流输出端C.学生电源12V以下交流输出端C解析:做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验时,为了保证人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12

V,故A、B错误,C正确。(2)如图所示,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

。

ACA.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解析:与变压器未通电时相比较,通电时,线圈产生磁性,对横条铁芯具有吸引力,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,故A正确;若仅增加原线圈绕制的圈数,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知,输出电压减小,小灯泡的亮度将降低,故B错误;若仅增加副线圈绕制的圈数,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知,输出电压增大,根据欧姆定律可知,输出电流增大,根据变流比可知,输入电流增大,学生电源的过载指示灯可能会亮起,故C正确。(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。答案:见解析解析:理想变压器模型应忽略的次要因素如下:①不计漏磁,即通过原、副线圈每匝线圈的磁通量都相等,因而不计磁场能损失;②不计原、副线圈的电阻,因而不计线圈的内能损失;③不计铁芯中产生的涡流,因而不计铁芯的内能损失。

3.(2024·河南郑州期中)某同学学完变压器的工作原理后,利用如图甲所示的可拆卸变压器探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。请回答下列问题:(1)变压器的工作原理是

。

A.电流的磁效应B.通电导线间的相互作用C.电磁感应现象解析:变压器的工作原理是电磁感应现象,故选C。C(2)探究时,变压器原线圈的接线柱应接在学生电源的

(填“P”或“Q”)接线柱上。

解析:本实验需要用到的是交流电源,可用学生电源交流输出挡,所以应接在学生电源的Q接线柱上。Q(3)该同学组装好变压器,原线圈接“0”“16”,副线圈接“0”“4”,将多用电表的旋钮置于交流电压挡10V处,并将多用电表接在原线圈两端,示数如图丙所示,则副线圈输出电压的理论值为

;而考虑到实际,副线圈输出电压的实际值可能为

。(均填字母代号)

A.0V

B.1.8VC.1.5V

D.28.8VBC

(4)由以上分析可知,该变压器为降压变压器,如果该变压器可视为理想变压器,则变压器的原线圈应用

(填“较粗”或“较细”)导线。

解析:理想变压器的输入功率等于输出功率,因为是降压变压器,所以副线圈的电压小于原线圈的电压,而功率又相等,所以副线圈的电流大于原线圈的电流,为了减少功率损失,根据电阻定律可知,副线圈应用较粗的