2019-2020学年物理人教版选修3-2（浙江新高考专用）讲义：第五章 交变电流 实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 Word版含答案.pdf

实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 知识内容选考要求课时要求 探究变压器线圈两端的电压与匝数 的关系 1.能运用控制变量法， 有序地设计实验 步骤. 2.能选择并组装器材，完成实验步骤 后， 能根据实验记录的数据， 总结实验 规律. 3.能发现实验中出现的声音、 线圈与铁 芯的发热现象等，并尝试解释. 1.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.实验器材 电压表两只、可拆卸式变压器、学生电源、开关、导线若干(如图 1 所示) 图 1 3.实验步骤 (1)按如图 2 所示电路图连接实物图 图 2 (2)保持原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，研究其对副线圈电压的影响. (3)保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，研究其对副线圈电压的影响. (4)将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表： 原线圈 匝数 n1 副线圈 匝数 n2 原线圈 电压 U1 副线圈 电压 U2 n1 n2 U1 U2 1003002 V 1004002 V 3004004 V 4004006 V 4001008 V 4001004 V 4.由表格数据得出结论 当原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比. 当副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比. 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开关，再进行操作. (2)学生电源的电压不要设置太高，一般不要超过 12 V，以免发生危险. 一、实验原理与操作 例 1 (多选)(2016·浙江 10 月选考)如图 3 所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电 压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是( ) 图 3 A.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，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，因此需要用可拆卸的 变压器研究，选项 A、D 正确.变压器只对交流电压有作用，不能处理直流电压，故不能用直 流电压表测量原、副线圈的电压，所以选项 B 错误.根据原、副线圈匝数之比等于输入、输出 电压之比可知，原线圈接 0、8，副线圈接 0、4，那么副线圈的电压小于原线圈电压，所以 C 错误. 例 2 (2017·杭州市高二检测)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端 的电压与匝数的关系”实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为 12 V 的低压 _(选填“交流电源”或“直流电源”).先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数， 观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈 的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小” 或 “不 变 ”).上 述 探 究 副 线 圈 两 端 的 电 压 与 匝 数 的 关 系 中 采 用 的 实 验 方 法 是 _(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”). 答案 交流电源 增大 减小 控制变量法 解析 变压器的工作原理是互感现象， 故原线圈两端所接的电源应是电压为 12 V 的低压交流 电源；根据变压比公式，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈 U1 U2 n1 n2 两端的电压增大 ； 保持副线圈的匝数不变， 增加原线圈的匝数， 观察到副线圈两端的电压减小 ； 上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法. 二、探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 例3 (2017·温州市高二检测)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，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，测得 A 线圈的输出电压 UA.nAn. UA U 例 4 (2017·浙江 4 月选考)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”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 na60 匝和 nb120 匝的变压器，实验测量数据如下表， Ua/V1.802.803.804.90 Ub/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 ACE nb 解析 为了完成变压器的探究，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含有闭合铁芯的原、副线圈.由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于 理论变压值，即 nb为输入端，na为输出端. 例 5 (2018·金华十校高二上学期期末)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实 验中，若某同学实验时，忘记把如图 4 甲中的变压器铁芯 A 组装到变压器铁芯 B 上，组装后 的变压器如图乙所示.在铁芯上的原、副线圈匝数分别为 n1800 匝和 n2200 匝，原线圈两 端与 u12sin 314t (V)的交流电源相连，则副线圈两端电压的有效值可能是( )2 图 4 A.0.6 V B.3 V C.3 V D.12 V2 答案 A 解析 原线圈两端电压有效值为 U1 V12 V，如果把题图甲中的变压器铁芯 A 组装 122 2 到变压器铁芯 B 上，则根据变压器原理 U2U1×12 V3 V； 由于该同学忘记了把题 n2 n1 200 800 图甲中的变压器铁芯 A 组装到变压器铁芯 B 上，导致“漏磁” ，则副线圈两端电压将小于 3 V，故选 A. 1.(实验原理与操作)如图 5 所示是 “探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系” 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 5 A.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， 所以只增加 nb， Ub一定增大， A Ub Ua nb na 正确；而只增加 na，Ub一定减小，B 错误；而 na、nb都增加，则 Ub不一定增大，C 错误； 改变 Ua，Ub一定改变，D 错误. 2.(实验原理与操作)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”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.条形磁铁 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 探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，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.探究变压器线圈两端的 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，当 然需要用到开关、导线，故 E 必用到. 3.(探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系)(2018·杭州六校高二第二学期联考)某学生选用 匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接 在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压. (1)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 (2)该学生继续做实验，在电源电压不变的情况下，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的 匝数，观察到副线圈两端的电压增大；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数， 观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”). 答案 (1)D (2)减小 4.(探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系)(2017·丽水、衢州、湖州三地市 9 月教学质量检 测)(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材需要的有_. A.干电池组 B.滑动变阻器 C.直流电压表 D.多用电表 E.学生电源 (2)如图 6，当左侧线圈“0”“16”间接入 9 V 电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电 压可能是_. A.3.1 V B.2.5 V C.1.7 V 图 6 答案 (1)DE (2)C 5.(综合考查)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，操作步骤如下： 将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上； 闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压； 将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯 泡； 将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤. (1)以上操作的合理顺序是_(只填步骤前数字序号)； (2)如图 7 所示，在实验中，两线圈的匝数 n11 600，n2400，当将 n1做原线圈时，U116 V，副线圈两端电压 U24 V；原线圈与副线圈对调后，当 U18 V 时，U232 V，那 么可初步确定，变压器两个线圈的电压 U1、U2与线圈匝数 n1、n2的关系是_. 图 7 答案 (1) (2) U1 U2 n1 n2 解析 (1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器 的铁芯上 ； 再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈， 接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压； 最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤. (2)两线圈的匝数 n11 600， n2400， 当将 n1做原线圈时， U116 V， 副线圈两端电压 U24 V；当原线圈与副线圈对调后，U18 V 时，U232 V，此时 U2为原线圈的电压，而 U1为副线圈的电压，由以上数据可得：. U1 U2 n1 n2