高考物理一轮复习实验专题课件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一、实验原理1.实验电路图2.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。二、实验器材学生电源(低压交流)、可拆变压器(配备几个不同匝数的线圈)、多用电表、开关、导线若干。三、实验操作及步骤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。(1)估计被测电压的大致范围,选择多用电表交流电压挡适当量程,若不知道被测电压的大致范围,则应选择交流电压挡的最大量程进行测量。(2)组装可拆变压器:把两个线圈穿在铁芯上,闭合铁芯,用交流电压挡测量输入、输出电压。2.保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变,研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响,重复上述步骤。四、数据处理分析表格可知,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。次数1234n1/匝n2/匝n1∶n2U1/VU2/VU1∶U2五、注意事项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压,所用电压不要超过12

V,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,大致确定被测电压后再选择适当的挡位进行测量。六、误差分析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、副线圈中产生的焦耳热损耗造成误差。3.铁芯中有磁损耗,产生涡流造成误差。4.多用电表的读数存在误差。考点一基础性实验[例1]

【实验原理与操作】

(2024·江苏宿迁期中)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中,可拆变压器如图所示。(1)本实验要通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系,实验中需要运用的科学方法是

。

A.控制变量法B.等效替代法C.整体隔离法A【解析】

(1)本实验要通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系,实验中需要运用的科学方法是控制变量法。故选A。(2)为了减小涡流的影响,铁芯应该选择

。

A.整块硅钢铁芯B.整块不锈钢铁芯C.彼此绝缘的硅钢片叠成D.彼此绝缘的铜片叠成C【解析】

(2)为了减小涡流的影响,铁芯应该选择彼此绝缘的硅钢片叠成。故选C。(3)本实验除有闭合铁芯的原、副线圈外,还须选用的器材是

。(多选)

ADABCD【解析】

(3)本实验原线圈需要连接低压交流电源,需要测副线圈的输出电压,需要交流电压表,所以需要选用的器材是学生电源和多用电表。故选AD。(4)下列做法正确的是

。

A.为了人身安全,只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12

VB.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C.观察两个线圈的导线,发现粗细不同,导线粗的线圈匝数多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B【解析】

(4)变压器对交流有作用,对直流无作用,为了人身安全,只能使用低压交流电源,且电压不要超过12

V,故A错误;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,故B正确;根据变压器原、副线圈的规律有n1I1=n2I2,可知匝数多,其电流相对较小;导线粗的线圈电阻小,对应较大电流,其匝数就少,故C错误;变压器开始正常工作后,铁芯并不导电,通过电磁感应,把电能由原线圈输送到副线圈,故D错误。[例2]

【数据处理与误差分析】

(2024·广东清远期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图所示,图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。(1)组装好可拆式变压器后,使用学生电源给原线圈供电,用多用电表测量副线圈两端的电压,下列操作正确的是

。

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.原线圈接交流电压,电表用直流电压挡D.原线圈接交流电压,电表用交流电压挡D【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,电源应使用交流电源,同时还需要交流电压表来测量电压。故选D。(2)在正确组装变压器后,甲、乙、丙三名同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈的电压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,

(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的实验结果有误。

乙(3)小明同学正确组装变压器后,把12

V的学生交流电源接到原线圈“2”“14”接线柱,副线圈接线“0”“4”接线柱,原、副线圈的匝数比为

,在确认电路连接无误的情况下,接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是

。

A.8.0

VB.4.0

VC.3.8

VD.03∶1C(4)从实验数据分析,原、副线圈上的电压之比并不等于它们的匝数之比。分析下列可能的原因,正确的是

(多选)。

BCD实验次数n1/匝n2/匝U1/VU2/V12001008.24.022001006.12.932001004.01.9A.原、副线圈的电压不同步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小于原线圈的磁通量【解析】

(4)从实验数据分析,原、副线圈上的电压之比并不等于它们的匝数之比,其变压器并不是理想变压器,能量损失主要来自三个方面,分别是变压器线圈中电阻有电流通过时会发热(铜损)、铁芯在交变磁场的作用下产生涡流发热(铁损)和由于漏磁导致穿过副线圈的磁通量小于原线圈的磁通量(磁损)。故选BCD。考点二创新性实验[例3]

【实验器材的创新】

(2024·广东广州期中)某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。(1)该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端,并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压,得到的实验数据如下表所示。变压器原、副线圈的实验序号原线圈匝数n1副线圈匝数n2原线圈电压U1/V副线圈电压U2/V14002004.222.1024008004.228.3634001

6004.2216.83根据实验数据,得到的结论为:在误差允许的范围内,

。

电压比等于匝数比(2)该同学利用(1)问中第2组数据时的副线圈给一标有“3.8

V

0.3

A”字样的小灯泡供电,发现小灯泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为3.00

V,并不是8.36

V,其原因主要是

。

副线圈有电阻,且与小灯泡电阻相近,【解析】

(2)由于副线圈存在电阻,且与小灯泡电阻相近,即副线圈分压,使得小灯泡两端电压变小。副线圈分压(3)可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成。如图所示,原线圈接交流电源,副线圈接入小灯泡。第一次,缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合;第二次,另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条,重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是

。(多选)

BCA.第二次实验中小灯泡更亮些B.用普通铁块和用铁芯横条相比,普通铁块更容易发热C.无论用普通铁块还是用铁芯横条,流经小灯泡的电流均为交变电流【解析】

(3)铁芯横条与普通铁块都是导磁材料,铁芯闭合后,减少了漏磁现象,产生的感应电动势增大,小灯泡变亮;用普通铁块和用铁芯横条相比,普通铁块由于涡流更容易发热,变压器效率低一些,第一次实验中小灯泡更亮些,故A错误,B正确。无论用普通铁块还是用铁芯横条,副线圈中还是交变电流,流经小灯泡的电流均为交变电流,故C正确。[例4]

【实验情境的创新】

(2024·贵州贵阳模拟)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(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倍率电阻挡先后测量了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

(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。

A(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.220

V直流电源C.12

V以内低压直流电源D.12

V以内低压交流电源D【解析】

(2)为保证学生安全,应用12

V以内低压交流电源,