【同步】高中物理教科版(2019)选择性必修2：第3章3第1课时实验变压器的电压与匝数的关系课件

第三章3第1课时实验变压器的电压与匝数的关系基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标学习目标1.了解理想变压器的概念,了解变压器的构造及几种常见的变压器,解释自然现象,解决实际问题。(物理观念)2.理解理想变压器的匝数与电压和电流的关系,并能用其解决基本问题;理解理想变压器的功率关系,并能推导出原、副线圈的电流关系。(科学思维)3.通过实验探究电压、电流与匝数的关系。(科学探究)4.体会通过实验得出的结论在实际问题中的应用。(科学态度与责任)基础落实·必备知识全过关1.实验目的探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。2.实验器材

交流电源可拆变压器、学生电源、交流电表、导线若干。3.实验原理电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于交变电流的大小、方向在不断地变化,铁芯中的磁场强弱和方向也在不断地变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流。

当有负载并闭合时

4.实验操作(1)按图示电路连接实物。(2)利用学生电源在变压器原线圈1、4两接线柱间输入较低交流电压。(3)利用交流电压表分别测量不同端点间的电压并设计表格填入。(4)在原线圈1、4两接线柱间输入不同的电压,重复以上测量,并填入表格中。(5)分析表格数据,得到实验结论。5.数据处理6.实验结论在误差范围内,变压器的各组线圈的电压与匝数之比都为一个常数,即7.注意事项(1)连接好电路后,同组同学先分别独立检查,然后由老师确认,电路连接无误后,才能接通电源。(2)注意人身安全。只能用低压交流电源,电源电压不能超过16V。(3)使用多用电表交流电压挡测电压时,先用最大量程试测,然后再用适当的挡位进行测量。8.误差分析(1)线圈绕组的电阻有铜损现象。(2)变压器铁芯内有漏磁。(3)铁芯中有发热现象。易错辨析(1)本实验原线圈可以接到学生电源的直流输出端。(

)(2)变压器工作时,通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈。(

)(3)用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯,是为了减少涡流。(

)(4)实验所用电压不超过12

V,这样可以随意接触裸露的导线、接线柱。(

)××√×重难探究·能力素养全提升探究点一实验原理与操作应用体验【例1】

在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,某同学采用了如图甲所示的可拆式变压器进行研究,图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。(1)本实验中,实验室有下列器材: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需要的有

(填器材序号),本实验中还需要用到的器材有

。

甲

BC低压交流电源(2)对于实验过程,下列说法正确的有

。

A.为便于探究,应该采用控制变量法B.变压器的原线圈接低压交变电流,测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”C.使用多用电表测电压时,先用最大量程试测,再选用适当的挡位进行测量D.因为实验所用电压较低,通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路(3)实验中,电源接变压器原线圈“0”“8”接线柱,副线圈接“0”“4”接线柱,副线圈所接电表的示数为5.0V,若变压器是理想变压器,则原线圈的电压应为

。

A.18.0V B.10.0V C.5.0V D.2.5VACB(4)组装变压器时,该同学没有将铁芯闭合,如图所示,原线圈接12.0V的学生电源,原、副线圈的匝数比为8∶1,副线圈两端接交流电压表,则交流电压表的实际读数可能是

。

乙

A.0 B.96.0VC.1.5V D.0.65V(5)该同学正确组装变压器后,把12.0V的学生交流电源接到原线圈“2”“8”接线柱(相当于600匝),副线圈接在“0”“1”接线柱,如图乙所示。在确认电路连接无误的情况下,接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是

。

A.0 B.5.8V C.2.0V D.1.5VDD解析

(1)实验中使用的是交变电流,所以不需要直流电源,磁场是利用了电流的磁效应,所以也不需要条形磁铁,B、C正确;本实验中还需要用到的器材是低压交流电源。(2)为便于探究,应该采用控制变量法,所以A正确;变压器的原线圈接低压交变电流,测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”,所以B错误;使用多用电表测电压时,先用最大量程试测,再选用适当的挡位进行测量,所以C正确;虽然实验所用电压较低,但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路,这样可减小实验误差,避免发生危险,所以D错误。(3)根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比规律可知,副线圈所接电表的示数为5.0

V,原线圈的电压应为10.0

V。故选B。(4)组装变压器时,该同学没有将铁芯闭合,则变压器漏磁比较厉害,连接副线圈的交流电压表的实际读数小于理想变压器的副线圈的读数,若为理想变压器,则

×12

V=1.5

V,实际电压小于1.5

V。故选D。(5)该同学正确组装变压器后,变压器还是存在漏磁现象,还有铜损、铁损等损耗,则连接副线圈的交流电压表的实际读数总是小于理想变压器的副线圈的实际电压,若为理想变压器,则

×12

V=2.0

V,实际电压小于2.0

V。故选D。对点演练1(2023北京模拟)某兴趣小组的同学用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。(1)下列说法正确的是

。

A.变压器工作时,通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈B.变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能,在副线圈上将磁场能转化为电能C.理想变压器的输入功率等于输出功率,没有能量损失D.变压器副线圈上不接负载时,原线圈两端电压为零甲

BC(2)实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间,测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V,则可推断原线圈的输入电压可能为

。

A.3V B.5.5V C.6.0V D.6.5V(3)某电学仪器原理图如图乙所示,图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为该电学仪器电压输出部分,该部分与一理想变压器的原线圈连接;一可变电阻R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧实线框内的电路也可以等效为一个电阻)。在交流电源的电压有效值U0不变的情况下,调节可变电阻R,当

=

时,R获得的功率最大。

乙D解析

(1)变压器是通过互感工作的,而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈,故A错误;变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能,在副线圈上将磁场能转化为电能,故B正确;理想变压器忽略能量损失,原线圈输入功率全部转化为副线圈输出功率,故C正确;变压器的原线圈两端电压由发电机提供,则副线圈上不接负载时,原线圈两端电压不变,不为零,故D错误。(2)若是理想变压器,则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系为当变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱之间,副线圈接“0”和“4”两个接线柱时,可知原、副线圈匝数比为2∶1,副线圈电压为3

V,则原线圈电压应该为6

V;实际操作中,不是理想变压器,需要考虑损失部分,则原线圈所接电压大于6

V。故选D。探究点二数据处理与分析应用体验【例2】

(2023福建莆田一中高二期末)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。可拆变压器

实验次数n1n2U1/VU2/V180020010.02.47230010010.03.1031206010.04.96上表数据表示变压器线圈两端的电压和匝数。(1)为实现探究目的,保持原线圈的输入电压一定,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

。

A.归纳总结法

B.控制变量法C.理想实验法

D.等效替代法(2)用学生电源给原线圈供电,用多用电表测量副线圈两端电压,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(3)通过实验得到3组实验数据如上表所示,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

。

答案

(1)B

(2)D

(3)在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比解析

(1)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控制变量法。故选B。(2)变压器的工作原理是电磁感应,用学生电源给原线圈供电应接交流电压,用多用电表测量副线圈两端电压,应是交流电压挡。故选D。对点演练2小华在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,变压器所用线圈为

“0,400”和“0,800”,实验测量数据如下表:U1/V1.802.803.804.90U2/V4.006.018.029.98(1)根据测量数据可判断连接电源的变压器线圈是

(选填“0,400”或“0,800”)。

0,800(2)实验时,小华听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声,他做出如下猜想,正确的是

。

A.“嗡嗡”声是交变电流在线圈中产生变化磁场时发出的B.“嗡嗡”声是副线圈中电流流动的声音C.交变电流的磁场对铁芯有吸引和排斥作用,使铁芯振动发声D.若去掉铁芯,“嗡嗡”声马上消失,也能完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验C解析

(1)由于实际的可拆变压器有铜损和铁损、漏磁等,导致副线圈输出电压小于理想变压器输出电压,因此根据测量数据可判断U2是电源电压,连接电源的变压器线圈是

“0,800”。(2)听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声,其原因是交变电流的磁场对铁芯有吸引和排斥作用,使铁芯振动发声,故A、B错误,C正确;若去掉铁芯,“嗡嗡”声马上消失,变压器中磁场很小,就不能完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验,故D错误。学以致用·随堂检测全达标1231.(误差分析)(2023北京八一中学高二期末)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,某小组的同学按如图所示组装变压器并进行研究。实验时,原线圈接“0”“8”接线柱,副线圈接“0”“1”接线柱,原线圈两端连接低压交流电源10V挡,用交流电压表测得副线圈两端的电压为0.4V,这与其他小组的正确实验结论明显不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因,最有可能的是(

)A.原线圈匝数太多,电阻过大B.铁芯没有闭合,漏磁过多C.副线圈匝数太少,增加实验误差D.副线圈的电阻太小B123解析

根据变压器的工作原理可知,若通过原、副线圈的磁通量相同,则原、副线圈的电压比等于匝数比,则有实验结论与理论结论出现明显的偏差,最有可能的是:铁芯没有闭合,漏磁过多,使得通过副线圈的磁通量明显小于通过原线圈的磁通量,所以副线圈两端的电压很小。故选B。1232.(数据处理)若在实验中用匝数N1=400和N2=800的变压器,对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据,下列说法正确的是(

)实验次数1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02A.N1一定是原线圈

B.N2一定是原线圈C.N1可能是原线圈

D.N2可能是副线圈B1233.(实验原理)(2023浙江宁波北仑中学高二开学考试)(1)某同学用如图1所示的变压器做“探究变压器两端电压与匝数的关系”实验。①如图2所示,变压器右边原线圈“0”和“1”接线柱所接的电源应是图

(选填“甲”或“乙”);

乙123②右边“0”和“1”接线柱接电源的同时,左边接线柱依次接“0”和“2”、“0”和“8”、“0”和“16”,测得如下数据:线圈原线圈副线圈接线柱接“0”和“1”接“0”和“2”接“0”和“8”接“0”和“16”电压/V5.611.045.092.5上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系采用的实验