2025版高考物理全程一轮复习第十三章交变电流电磁振荡与电磁波传感器实验十六探究变压器原副线圈电压与匝数的关系学案

实验十六探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系探究变压器原线圈电压一定时，副线圈电压与线圈匝数的定量关系．一、实验装置图与操作装置图与方法操作要领方法：采用控制变量法安装：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挡．操作：①保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．②保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响．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、由表格数据得出结论：原、副线圈的电压之比与原、副线圈的匝数之比相等．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．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)铁芯中有涡流生热，造成能量损耗造成误差．考点一教材原型实验例1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________．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例2[2024·福建漳州检测]某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线．图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表：实验序号原线圈匝数n1＝400原线圈两端电压U1(V)副线圈数n2＝200副线圈两端电压U2(V)副线圈数n3＝1400副线圈两端电压U3(V)15.82.920.328.04.028.0312.66.244.1请回答下列问题：(1)在图乙中，应将A、B分别与________(填“a、b”或“c、d”)连接．(2)根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于________．(3)在实验序号为2的测量中，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压________(填正确答案标号)．A．一定小于4.0VB．一定等于4.0VC．一定大于4.0V例3在“探究变压器原、副线圈电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示．(1)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是________；A．控制变量法B．等效替代法C．整体隔离法(2)为了减少涡流的影响，铁芯应该选择________；A.整块硅钢铁芯B．整块不锈钢铁芯C．绝缘的硅钢片叠成D．绝缘的铜片叠成(3)以下给出的器材中，本实验需要用到的有________；(4)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．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C．观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数多D．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(5)在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“800”两个接线柱上，用电表测得副线圈的“0”和“400”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为________(填选项前字母)．A．1.5VB．3.0VC．6.0VD．7.0V考点二探索创新实验例4小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题：(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应________．A．选甲图中的器材B．选乙图中的器材C．都可以选D．都不能选(2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是________．A．变压器的铁芯没有闭合B．一定是电压的测量出了问题C．副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝D．学生电源实际输出电压大于标注的“6V”(3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如表，U1/V1.602.503.704.60U2/V3.705.307.609.70根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(选填“na”或“nb”)．例5某学生选用匝数可调的可拆变压器(该变压器视为理想变压器)，如图甲所示，做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时，保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，可以研究副线圈匝数对输出电压的影响．(1)以U2为纵坐标，n2为横坐标．在图乙中画出变压器的输出电压U2与匝数n2关系图像的示意图，并说明U2-n2图像斜率的物理意义．(2)设变压器原线圈的匝数为n1，感应电动势为E1，端电压为U1；副线圈的匝数为n2，感应电动势为E2，端电压为U2.请理论推导理想变压器线圈两端的电压与匝数的关系．(3)如图丙、丁所示，是电压互感器和电流互感器的原理图(“○”中的电表未画出)，根据它们的工作原理填写下列表格．“○”中所用的电表(选填“电压表”或“电流表”)比较原线圈与副线圈导线的粗细(选填“较粗”或“较细”)丙丁实验十六探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系关键能力·分层突破考点一例1解析：(1)为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器只能改变交流电的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，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；为了保护电表，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，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，不是铁芯导电，传输电能，故E错误，F正确．(2)与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产生磁性，对横条铁芯具有吸引力，若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；增加原线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压减小，灯泡的亮度降低，故B错误；增加副线圈绕制的圈数，根据变压比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根据变流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确．答案：(1)CDF(2)AC例2解析：(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数的关系的实验中，原线圈两端应接入交变电流，故应A、B分别与c、d连接；(2)根据题表中的数据可知，在实验误差允许范围内，U1U2＝n(3)若把题图丙中的可移动铁芯取走，磁损耗变大，原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大，根据法拉第电磁感应定律知，副线圈两端电压一定小于4.0V，故选A.答案：(1)c、d(2)两个线圈的匝数之比(3)A例3解析：(1)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故选A.(2)变压器铁芯的材料要选择磁性材料，为防止出现涡流，选择用绝缘的硅钢片叠成的铁芯，故C正确，A、B、D错误．(3)实验中需要交流电源和交流电压表，不需要干电池和直流电压表，故选BD.(4)变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不能超过12V，若用直流电源，变压器不能工作，故A错误；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故B正确；观察两个线圈的导线，发现粗细不同，由变压器工作原理知I1I2＝n(5)若是理想变压器，则由变压器原、副线圈电压与匝数的关系有U1U2＝n1答案：(1)A(2)C(3)BD(4)B(5)D考点二例4解析：(1)由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用甲图，故A正确，B、C、D错误．(2)根据理想变压器的原、副线圈的电压与其匝数关系式U1U2(3)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)A(2)D(3)nb例5解析：(1)根据题意作出图像如图所示．U2-n2图像斜率的物理意义表示每匝线圈产生的电压．(2)由于互感现象没有漏磁，原、副线圈中的每匝线圈都具有相同的ΔΦΔt，根据