一轮复习新人教版实验15探究变压器原副线圈电压与匝数的关系学案

实验15探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系一、实验目的探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。二、实验原理原线圈通过电流时,铁芯中产生磁场,由于交变电流的大小和方向都在不断变化,铁芯中的磁场也在不断地变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈中就存在输出电压。本实验通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈电压与匝数的关系。三、实验器材两只多用电表(或两只交直流数字电压表)、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。四、实验步骤1.按如图所示的电路图连接好电路,将两个多用电表调到交流电压挡,并记录两个线圈的匝数。2.打开学生电源,闭合开关,读出两个电表的电压值,并记录在表格中。3.保持匝数不变,多次改变输入电压,记录下每次两个电表显示的电压值。4.保持电压、原线圈的匝数不变,多次改变副线圈的匝数,记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。五、数据记录与处理次数1234n1/匝n2/匝n1∶n2U1/VU2/VU1∶U2六、实验结论原、副线圈的电压比与原、副线圈的匝数比相等。七、误差分析1.实际变压器存在多种损耗。2.交流电表的读数存在误差。八、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.为了人身安全,学生电源的电压不能超过12V,且不能用手接触裸露的导线和接线柱。3.为了保护多用电表,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合适的挡位进行测量。考点一基础性实验[例1][实验原理与操作](2022·北京海淀区模拟)在做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中,某同学利用如图所示的教学用的可拆变压器进行探究。(1)下列器材中,实验需要的器材是。(多选)

C.220V交流电源(2)关于实验操作,下列说法正确的是。(多选)

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D.若变压器上面的铁芯B忘记安装在铁芯A上,则U1∶U2>n1∶n2解析:(1)“探究变压器电压与线圈匝数关系”的实验中,需要的器材有学生电源,提供低压交流电,同时要需要多用电表测量电压及可拆变压器和导线,故BEG正确,ACDF错误。(2)实验时,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,用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路,这样无形之中,将人体并联进电路中,导致所测数据不准确,且不安全,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;若铁芯B没有安装在铁芯A上,因为U1=n1ΔΦ1Δt,U2=n2ΔΦ2Δt,而ΔΦ1>ΔΦ2,所以ΔΦ1Δt>ΔΦ答案:(1)BEG(2)AD[例2][数据处理与误差分析]在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,利用如图甲所示的可拆变压器能方便地探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。(1)这个探究过程采用的科学探究方法是

。

(2)某次实验中得到实验数据如下表所示,表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数,U1、U2分别为原、副线圈两端的电压,通过实验数据分析,你的结论是。

实验次数n1/匝n2/匝U1/VU2/V1160040028004003800400480040058001006200400(3)①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从这样的规律,分析下列可能的原因,正确的是。(多选)

A.原、副线圈的电压不同步②如图乙,为了减小涡流在铁芯中产生的热量,铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于。

③某同学在完成上述实验后,采用如图丙所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小),为保证电路中各元件安全,实验结束时,首先应断开。

解析:(1)当一个物理量与多个物理量相关时,应采用控制变量法。(2)通过分析表中数据可得结论,在误差允许的范围内,原、副线圈的电压比与匝数比相等,即U1U2(3)①通过上述的实验数据发现,实验过程中有能量的损失,主要原因为绕制线圈的铜导线发热、铁芯中的涡流发热和铁芯对磁场的约束不完全而出现漏磁,故A错误,B、C、D正确。②根据楞次定律和右手螺旋定则,产生的涡旋电流的方向平行于面abcd,为了减小涡流在铁芯中产生的热量,相互绝缘的硅钢片应垂直面abcd,即平行于面aehd或abfe,又考虑减小整个铁芯中的涡流,故应平行于面aehd,故A、B、C错误,D正确。③实验结束时,应先把电压表从电路中断开,否则在断开开关瞬间,变压器原线圈两端会产生大电压烧坏电压表,故应先断开导线A,故B、C、D错误,A正确。答案:(1)控制变量法(2)在误差允许的范围内,原、副线圈的电压比与匝数比相等,即U1U2考点二创新性实验[例3][实验器材的创新]如图甲所示为教学用的可拆变压器,线圈A和B由同种材料且粗细相同的导线绕制而成,线圈外部还可以绕线。(1)某同学用多用电表的欧姆挡分别测量了A、B线圈的电阻值,发现A线圈电阻约为B线圈电阻的2倍,则可推断(选填“A”或“B”)线圈的匝数多。

(2)为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系,该同学把线圈A与学生电源连接,另一个线圈B与小灯泡连接,如图乙所示。其中线圈A应连到学生电源的(选填“直流”或“交流”)输出端上,同时为保证人身安全,所用电压不要超过(选填“6”“12”或“36”)V。

(3)将与灯泡相连的线圈B拆掉部分匝数,其余装置不变继续实验,灯泡亮度将(选填“变亮”或“变暗”),这说明灯泡两端的电压(选填“变大”或“变小”)。

(4)某次实验时,变压器原、副线圈的匝数分别为220匝和110匝,学生电源输出端的电压为6V,则小灯泡两端的电压值可能是。

A.11.4V B.3.6VC.2.8V2V解析:(1)导线材料相同,粗细相同,根据电阻定律R=ρlS(2)变压器只能改变交变电压,因此线圈A应连接交流电源。可拆变压器线圈裸露在外面,易触电,安全电压应不高于12V。(3)根据U1U2=n1n(4)由题中数据,可得副线圈电压为3V。由于两线圈具有电阻,则灯泡两端电压小于3V。答案:(1)A(2)交流12(3)变暗变小(4)C[例4][实验原理的创新]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)变压器铁芯的结构和材料应是。(填字母)

(2)以下给出的器材中,本实验需要用到的是。(多选)

(3)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。

(4)某次实验中得到实验数据如下表所示,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:。

实验次数n1/匝n2/匝U1/VU2/V1120040028004003200100解析:(1)变压器铁芯的结构和材料应是绝缘的硅钢片叠成,A、B、C错误,D正确。(2)变压器正常工作需要交流电,因此本实验中需要用交流电源和交流电压表(多用电表),不需要干电池和直流电压表,A、C错误,B、D正确。(3)为实现探究目的,保持原线圈输入的电压一定,通过改变原、副线圈的匝数,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控制变量法,A、B、D错误,C正确。(4)由实验数据可知,第1次有n1n2=1200400=第2次有n1n2=800400=21第3次有n1n2=200100=21由以上计算可知,在误差允许的范围内,变压器原、副线圈的电压比与匝数比相等,即U1U2答案:(1)D(2)BD(3)C(4)在误差允许的范围内,变压器原、副线圈的电压比与匝数比相等,即U1U[例5][实验情境的创新]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。(多选)

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.变压器原线圈接低压交流电,测量副线圈电压时可以选用多用电表的“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.变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的,而不是采用一整块硅钢(2)某同学把交流电源接在原线圈两端,调节学生电源使输出电压为30V,用多用电表交流电压10V挡测量副线圈两端电压,测量结果如图丙所示,则示数为V,原、副线圈匝数比最有可能的值是。(填选项前字母)

A.4∶1 B.5∶1 C.6∶1 D.9∶1解析:(1)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A错误;变压器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交流电压挡,故B错误;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;变压器铁芯是利用由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这样设计的原因是减小涡流,提高变压器的效率,故D正确。(2)由题图丙可知,电压挡10V的量程精度为0.2V,则读数估读到0.1V,故示数为U2=4.4V,根据理想变压器的电压比等于匝数比,有n1n2=U答案:(1)CD(2)4.4C[例6][实验方法的创新](2023·江苏南京模拟)某同学做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。(1)以下给出的器材中,本实验需要用到的有。(多选)

(2)下列说法正确的是。(多选)

B.实验中要通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系,需要运用的科学方法是控制变量法C.为了人身安全,实验中只能使用低压直流电源,电压不要超过12VD.绕制降压变压器原、副线圈时,副线圈导线应比原线圈导线粗一些好(3)由于交变电流的电压是变化的,所以实验中测量的是电压的(选填“平均”“有效”或“最大”)值;某次实验操作,副线圈所接多用电表的读数如图甲所示,其对应的选择开关如图乙所示,则此时电表读数为。

(4)若用匝数N1=400匝和N2=800匝的变压器做实验,对应的电压测量数据如下表所示。根据测量数据,则N1一定是(选填“原”或“副”)线圈。

实验次数1234U1U2解析:(1)实验中需要交流电源、变压器和交流电压表(多用电表),不需要干电池和直流电压表,故A、C错误,B、D、E正确。(2)变压器工作时只是改变电压,不改变频率,副线圈电压频率与原线圈相同,故A错误;实验过程中,在原、副线圈匝数和原线圈两端电压三个变量中保持两个不变,改变一个来探究匝数比与原、副线圈电压之比的关系,用的是控制变量法,故B正确;变压器改变的是交流电压,因