78　第十二章　第69课时　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(实验课)

第十二章交变电流电磁波传感器第69课时探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(实验课)[学习目标]

1．会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差的产生原因。2．知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题。1．实验原理(1)实验电路图(如图所示)：(2)实验方法：控制变量法①n1、U1一定，研究n2和U2的关系。②n2、U1一定，研究n1和U2的关系。2．实验器材学生电源(低压交流电源，小于12V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干。3．实验过程(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(1)中步骤。4．数据处理由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系。5．注意事项(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作。(2)为了人身安全，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。类型1

教材原型实验[典例1]

(2025·北京模拟)某同学利用图甲所示器材做探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验。(1)该同学按图乙连接电路，变压器的左侧线圈接线柱0、8与学生电源的“稳压6V”接线柱相连。闭合开关，用多用电表测得右侧线圈0、4接线柱之间的电压为________。A．0

B．3.0V

C．6.0V

D．12.0VA

(2)正确连接电路后，变压器选用左侧0、2接线柱和右侧0、4接线柱进行实验，用多用电表测得左侧0、2之间的电压为U1，右侧0、4之间的电压为U2，数据如表所示，可判断学生电源接在了接线柱________________(选填“左侧0、2”或“右侧0、4”)上。实验次数12345U1/V1.001.903.004.004.80U2/V2.104.006.108.2010.00右侧0、4

(3)实验室中还有一个变压器，如图丙所示。现要测量A、B线圈的匝数，实验步骤如下：①取一段漆包线，一端与A线圈上端接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈，漆包线另一端与交流电源一端相连，A线圈下方接线柱与交流电源另一端相连接。②用多用电表的交流电压挡先后测出交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U。③用多用电表的交流电压挡测出A线圈两端的电压U1。如果把该变压器看作理想变压器，则A、B线圈的匝数nA＝________，nB＝________。(用题中给出的字母表示)

方法技巧：误差分析(1)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。(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，在交变磁场的作用下产生涡流造成误差。(4)多用电表的读数存在误差。[典例2]某实验小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”，可拆变压器如图所示。(1)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法正确的是________。A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98C

(2)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成的。作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计________。A

B

C

DD

类型2

探索创新实验[典例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。(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________(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。A

(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、一个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)_______________。A线圈的匝数nA＝________(用所测物理量符号表示)。步骤见解析

【创新点解读】

本实验的创新角度主要包括以下两个方面(1)不改变实验原理，改变实验目的，在原线圈两端电压和副线圈匝数一定时，用多用电表测出副线圈两端电压就可以求出原线圈的匝数。(2)不改变实验装置，还可以探究变压器是否是理想变压器。[典例4]某同学利用自耦变压器探究“变压器线圈两端的电压与匝数关系”的实验，变压器结构图如图甲所示。回答下列问题：(1)实验过程中为了安全选用了学生电源供电，连接电路时，应该将学生电源________(选填“直流”或“交流”)接线柱和自耦变压器的________(选填“A、B”或“C、D”)接线柱相连接。

(2)在测量变压器副线圈上电压时，选用了多用电表进行测量，如果某次实验副线圈上的电压大约为6V，则多用电表挡位选择开关应该旋至__________挡位；正确选挡后开始实验，刻度盘指针如图丁所示，读数为________V。

(3)实验时保持变压器原线圈输入电压不变，调节旋钮P的位置并记录数据，从所得数据发现原、副线圈电压比总是略大于对应的匝数比，造成这一误差的原因可能是(说出一条即可)__________________________________________。

交流A、B

交流10V

6.4

有漏磁现象；铁芯内有涡流；线圈上有电阻[解析]

(1)变压器工作需接交变电流，为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，让副线圈上得到较低的电压，故电源连接自耦变压器的A、B接线柱。(2)实验时副线圈上的电压大约为6

V，则多用电表挡位选择交流10

V；由题图丁可知，电压挡10

V的量程精度为0.2

V，故示数为6.4

V。(3)主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁现象、铁芯内有涡流发热、导线线圈有电阻发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。【创新点解读】

本实验利用自耦变压器探究“变压器线圈两端的电压与匝数关系”，是用同一个线圈来完成实验的。课时作业(六十九)探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(实验课)1．(2025·江苏卷)用图示可拆变压器进行探究实验，当变压器左侧的输入电压为2V时，若右侧接线柱选取“0”和“4”，右侧获得4V输出电压．则左侧接线柱选取的是(

)A．“0”和“2”

B．“2”和“8”C．“2”和“14”

D．“8”和“14”√题号1324

题号13242．(2025·广东广州模拟)小强同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图甲所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。题号1324(1)除图甲中的器材外，下列器材中还需要的是________(选填仪器前的字母)。

题号1324A．干电池B．磁体C．低压交流电源D．多用电表E．直流电压表F．直流电流表CD

(2)变压器铁芯的结构和材料是________。

A．整块不锈钢铁芯B．整块硅钢铁芯C．绝缘的硅钢片叠成(3)若操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，原线圈输入电压为U1＝4V，匝数为n1＝200匝，改变副线圈匝数n2，测量副线圈两端的电压U2，得到U2-n2图像如图乙所示，则可能正确的是图线________(选填“a”“b”或“c”)。

题号1324C

c

题号13243．(2025·河南郑州一模)某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、导线若干。图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据见下表：题号1324实验序号原线圈匝数n1＝400匝时原线圈两端电压U1(V)副线圈匝数n2＝200匝时副线圈两端电压U2(V)副线圈匝数n3＝1400匝时副线圈两端电压U3(V)15.82.920.328.04.027.9312.66.244.0请回答下列问题：(1)在图乙中，应将A、B分别与________(选填“a、b”或“c、d”)连接。(2)根据表中数据得出的实验结论：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于____________________。(3)在实验序号为2的测量中，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200匝，则副线圈两端电压_____(填正确答案标号)。A．一定小于4.0VB．一定等于4.0VC．一定大于4.0V题号1324c、d

两个线圈的匝数之比A

题号13244．(2025·湖南长沙模拟)在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。(1)以下给出的器材中，本实验需要用到的是________(填选项前的字母)。A．干电池B．学生电源

C．直流电压表D．多用电表(2)为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是________。A．演绎法B．等效替代法

C．控制变量法D．理想实验法题号1324BD

C

(3)某次实验中得到的实验数据如表所示，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析，你的结论是_________。题号1324实验次数n1/匝n2/匝U1/VU2/V1120040012.13.98280040012.05.96320010011.95.95见解析(4)原、副线圈上的电压之比是否等于它们的匝数之比呢?发现上述实验数据没有严格遵循这样的规律，分析下列可能的原因，你认为正确的是________(填选项前的字母)。A．变压器线圈中有电流通过时会发热B．原、副线圈的电压不同步C．铁芯在交变磁场的作用下会发热