2024版新教材高考物理全程一轮总复习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器实验十六探究变压器原副线圈电压与匝数的关系课件
展开【素养目标】 探究变压器原线圈电压一定时，副线圈电压与线圈匝数的定量关系．
一、实验装置图与操作装置图与方法方法：采用控制变量法
操作要领安装：按照原理装置图安装实验仪器，其中多用电表选择交流电压挡．操作：测量原、副线圈的电压，并记录原、副线圈的匝数．列表：把测得的原、副线圈的电压和匝数记录到表中，分析电压与匝数之间的关系．
二、由表格数据得出结论：原、副线圈的电压之比与原、副线圈的匝数之比相等．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，即使这样，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，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量．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)铁芯中有能量损耗，产生涡流造成误差．
考点一 教材原型实验例1 [2023·云南昆明一中摸底测试]某实验小组用如图甲所示电路探究“变压器的电压与匝数的关系”，图乙、图丙中变压器为可拆变压器．
实验提供的器材有：(1)电源应选________，测量电压应选________．(均选填选项前字母)
解析：实验需要提供交流电源，干电池只能提供直流电源，所以电源应选学生电源，故选B；实验中要测量的是交流电压，故不能选直流电压表，只能选用多用电表，故选D.
(2)若用匝数N1＝100匝和N2＝200匝的变压器做实验，在原线圈N1的两端分别加上2 V、4 V、6 V和8 V的电压，测量出副线圈两端相应的电压，记录在下面的表格中．表格中第2次实验，副线圈上电压的示数如图丁所示，挡位为0～10 V交流电压挡，读数为________V，并计算出此次实验U1：U2＝________．
解析：挡位为0～10 V交流电压挡，测交流电压应读多用电表中间一行，故读数为8.4 V，则此次实验中U1∶U2＝1∶2.10.
(3)实验可得结论：__________________________________________ ___________________.(4)该实验的实验误差可能来源于________．A．原线圈所加电压小B．变压器的铁芯漏磁C．变压器的铁芯产生涡流
在误差允许的范围内，变压器的原线圈与副线圈的电压之比等于线圈匝数之比
解析：(3)根据实验数据可得，在误差允许的范围内，变压器的原线圈与副线圈的电压之比等于线圈匝数之比．(4)原线圈输入电压大小不会影响电压比和匝数比，故A错误；变压器的铁芯漏磁使能量损耗，从而导致电压比与匝数比有差别，故B正确；变压器的铁芯产生涡流使能量损耗，从而会导致电压比与匝数比有差别，故C正确．
针 对 训 练1.某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”．可拆变压器如图甲、乙所示．
(1)下列说法正确的是________．A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量E．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F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
解析：为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器只能改变交流电的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，不是铁芯导电，传输电能，故E错误，F正确．
(2)如图丙所示，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________．A．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，若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；增加原线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据变压比可知，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．
考点二 探索创新实验例2 小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题：(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应________．A．选甲图中的器材B．选乙图中的器材C．都可以选D．都不能选
解析：由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用甲图，故A正确，B、C、D错误．
(2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是________．A．变压器的铁芯没有闭合B．一定是电压的测量出了问题C．副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝D．学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
(3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如表，根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(选填“na”或“nb”)．
解析：根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响，判断出U2为原线圈上电压大小，则判断出接电源的是nb.
创新分析(1)根据测量结果和变压器原理分析产生误差的原因．(2)考查实际变压器与理想变压器的不同，知道实际变压器有漏磁现象．
针 对 训 练2.[2023·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U2为纵坐标，n2为横坐标．在图乙中画出变压器的输出电压U2与匝数n2关系图像的示意图，并说明U2 － n2图像斜率的物理意义．(2)设变压器原线圈的匝数为n1，感应电动势为E1，端电压为U1；副线圈的匝数为n2，感应电动势为E2，端电压为U2.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下列表格．
答案：如图所示，物理意义为每匝线圈的电压
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