第四讲　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

第四讲实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系一、基本原理与操作1．原理装置图2．操作要领(1)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档。(2)操作：测量原、副线圈的电压，并记录原、副线圈的匝数。(3)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、实验核心关键点1．数据处理(1)控制变量法：①保持n1、U1不变，改变n2的值，记录n2、U2的大小；②保持U1、n2不变，改变n1的值，记录n1、U2的大小。(2)列表分析：把实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。2．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12V，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。(4)连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，然后请老师确认，只有这时才能接通电源。3．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，产生涡流造成误差。考法一实验原理与操作1．(2022·广州模拟)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)由法拉第电磁感应定律及变压器的工作原理可知：猜想合理的同学是甲同学。(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．(2022·青岛模拟)(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发生，故直流电源C不必用到，为确保安全，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低压交流电源(2)C3．物理研究课上，同学们用可拆变压器“探究变压器线圈两端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(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：(1)实验中要求副线圈匝数小于原线圈匝数，使得次级电压较小，故A错误；测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；实验时可采用控制变量法，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；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，防止烧坏多用电表，故D正确；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，故E错误，F正确。(2)变压器线圈通电会产生磁场，而变压器上端的横条相当于磁铁，下端对横条有吸引力作用，因此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，故A正确；仅增加原线圈匝数，副线圈两端电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈两端电压增大，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能会使学生电源的过载指示灯亮起，故C正确。答案：(1)CDF

(2)AC[关键点拨](1)在进行实验操作时，为确保安全，必须使用低压交流电源。(2)实验中应使用多用电表的交流电压挡，且电表读数为原、副线圈电压的有效值。考法二数据处理与误差分析4．(2022·聊城模拟)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②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；③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；④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)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝8V时，U2′＝32V，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________。5．(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，根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(填“na”或“nb”)。U1/V1.802.803.804.90U2/V4.006.018.029.98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。该实验需要测量电压，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A、C、E。(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)nb6．(2022·东营质检)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中(1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是________。A．为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12VB．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源C．因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱D．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(2)多用表刻度盘上交流电压的刻度是________(选填“均匀”或“不均匀”)的。(3)某实验小组通过实验，记录的数据如下表：原线圈匝数n1/匝100200400400副线圈匝数n2/匝400400200800原线圈两端的电压U1/V1.964.908.004.86副线圈两端的电压U2/V7.809.763.909.64通过分析实验数据可得出的实验结论是_____________________________________________________________________________________________________。(4)一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00V和3.90V，据此可知电压比与匝数比并不相等，主要原因是_____________________(至少说出两个原因)。解析：(1)变压器是改变交流电压，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错误；实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，防