江苏版2023版高三一轮总复习物理第11章实验15探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系教材原型实验实验原理与操作1．实验采用控制变量法①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；②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。2．变压器的原理是互感现象的应用原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，不能用直流电源；因为需要测量电压，所以需要多用电表(交流电压挡)。[题组训练]1．理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器有一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。(1)甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1。你认为猜想合理的同学是________，你做出上述判断所依据的物理规律是____________________。(2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究，为保证实验安全、有效地进行，应选用________电源。(3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于________挡，并选用________量程进行测试，大致确定被测数据后，再选用适当的量程进行测量。[解析](1)由变压器的工作原理可知：猜想合理的同学是甲同学。做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。(2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12V)交流电源。(3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用较大(或最大)量程进行测试。[答案](1)甲法拉第电磁感应定律(2)低压(一般低于12V)交流(3)交流电压较大(或最大)2．(1)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)，本实验中还需要用到的器材有_____________。(2)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，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12V以下交流电压，电表用交流电压挡D．原线圈接220V交流电压，电表用交流电压挡[解析](1)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感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故条形磁铁B不必用到，如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生，故直流电源C不必用到，需要用到低压交流电源；(2)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，综合(1)可知，应选C。[答案](1)BC(2)低压交流电源C3．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。关于实验操作，下列说法正确的是()A．为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12VB．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量A[变压器是改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12V，故A正确；实验通电时，不能用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。故选A。]数据处理与误差分析1．变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场；如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生；原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压。2．实际实验中会存在漏磁现象。[题组训练]1．(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，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)(2)用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表：U1/V1.802.803.804.90U2/V4.006.018.029.98根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(填“na”或“nb”)。[解析](1)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感应电流的变化，如果原线圈连接的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生。题意为探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系，需要测量电压，所以需要一个测电压的仪器，所以需要的器材有A有闭合铁芯的原、副线圈；C交流电源；E多用电表(交流电压挡)；故选ACE。(2)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。[答案](1)ACE(2)nb2．在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。(1)实验还需下列器材中的________。电流表电压表学生电源多用电表(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接线“0；4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，A．18.0VB．10.0VC．5.0VD．2.5V[解析](1)本实验中，变压器的原线圈应接在交流电源上，为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要多用电表，故学生电源和多用电表两个器材不能缺少。(2)①理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)；若变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接“0；4”接线柱，则原、副线圈匝数比为eq\f(n1,n2)＝eq\f(8,4)＝2，则原线圈两端电压U1＝eq\f(n1,n2)U2＝2×5V＝10V。②本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5V，则原线圈电压必须大于10V，故选A。[答案](1)学生电源多用电表(2)A3．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示：实验序号原线圈两端的电压U1(V)副线圈两端的电压U2(V)eq\f(U1,U2)13.98.21∶2.125.911.81∶2.037.815.2(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。(2)本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数的关系为________(用题目中给出的字母表示)。(3)该变压器是________变压器(选填“升压”或“降压”)。[解析](1)第三组数据为eq\f(U1,U2)＝eq\f(7.8,15.2)≈eq\f(1,1.9)。(2)线圈匝数之比eq\f(n1,n2)＝eq\f(