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第4講　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系(基礎實驗)
一、實驗知能/系統歸納
一、理清原理與操作
實驗原理圖 實驗方法:控制變量法 (1)U1、n1一定,研究n2和U2的關系; (2)U1、n2一定,研究n1和U2的關系。
操作要領 (1)保持原線圈的匝數n1和電壓U1不變,改變副線圈的匝數n2,研究n2對副線圈電壓U2的影響。 (2)保持副線圈的匝數n2和原線圈兩端的電壓U1不變,改變原線圈的匝數n1,研究n1對副線圈電壓U2的影響。
二、掌握數據處理方法
將兩種情況下所測數據分別列表,通過分析可知,理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個線圈的匝數n1、n2之比。
三、注意實驗細節
1.要事先推測副線圈兩端電壓的可能值。
2.為了人身安全,只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過12 V,即使這樣,通電時不要用手接觸裸露的導線、接線柱。
3.為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測電壓時,先用最大量程擋試測,大致確定電壓后再選擇適當的擋位進行測量。
4.連接電路后要由同組的幾位同學分別獨立檢查,然后請老師確認,只有這時才能接通電源。
四、做好誤差分析
1.由于漏磁,通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴格相等造成誤差。
2.原、副線圈有電阻,原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)造成誤差。
3.鐵芯中有磁損耗,產生渦流造成誤差。
二、應用發展/練中融通
1.在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗中,某同學利用“教學用的可拆變壓器”進行探究。
(1)關于實驗操作,下列說法正確的是　　　　。
A.為了人身安全,原線圈兩端只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過12 V
B.實驗通電時,可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路
C.使用多用電表測電壓時,先用中等量程擋試測,再選用恰當的擋位進行測量
(2)在實驗中,該同學保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數不變,僅減小原線圈的匝數,副線圈兩端的電壓將　　　(選填“增大”“減小”或“不變”)。
2.有一個教學用的可拆變壓器,如圖1所示,它有兩個外觀基本相同的線圈A、B(內部導線電阻率、橫截面積相同),線圈外部還可以繞線。
(1)某同學用一多用電表的同一電阻擋先后測量了A、B線圈的電阻值,指針分別對應圖2中的a、b位置,由此可推斷　　　　(選填“A”或“B”)線圈的匝數較多。
(2)該實驗中輸入端所接電源最適合的是 　。
A.220 V交流電源
B.12 V以內低壓直流電源
C.36 V安全電源
D.12 V以內低壓交流電源
(3)如果把圖1的可拆變壓器看作理想變壓器,現要測量A線圈的匝數,提供的器材有:一根足夠長的絕緣導線、一只多用電表和低壓交流電源。請完成實驗步驟的填空:
①用絕緣導線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈。
②將　　　　　(選填“A”或“B”)線圈與低壓交流電源相連接。
③用多用電表的　　　　　　擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U。
④則A線圈的匝數為　　　　　　。
3.(2024·河北石家莊二模)某同學利用如圖甲所示器材做探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系實驗。
(1)該同學按圖乙連接電路,變壓器的左側線圈0、8接線柱與學生電源的“穩壓6 V”接線柱相連。閉合開關,用多用電表測得右側線圈0、4接線柱之間的電壓為　　　　。
A.0　　　　　　　 B.3.0 V
C.6.0 V D.12.0 V
(2)正確連接電路后,變壓器選用左側0、2接線柱和右側0、4接線柱進行實驗,用多用電表測得左側0、2之間的電壓為U1,右側0、4之間的電壓為U2,數據如下表所示,可判斷學生電源接在了接線柱　　　　上(選填“左側0、2”或“右側0、4”)。
實驗次數 1 2 3 4 5
U1/V 1.00 1.90 3.00 4.00 4.80
U2/V 2.10 4.00 6.10 8.20 10.00
(3)實驗室中還有一個變壓器,如圖丙所示。現要測量A、B線圈的匝數,實驗步驟如下:
①取一段漆包線,一端與A線圈上端接線柱相連,順著原來的繞制方向在變壓器的鐵芯上再繞制n匝線圈,漆包線另一端與交流電源一端相連,A線圈下方接線柱與交流電源另一端相連接。
②用多用電表的交流電壓擋先后測出交流電源兩端的電壓U0和B線圈的輸出電壓U;
③用多用電表的交流電壓擋測出A線圈兩端的電壓U1。
如果把該變壓器看作理想變壓器,則A、B線圈的匝數nA=　　　　,nB=　　　　。(用題中給出的字母表示)
4.某物理小組欲探究變壓器原副線圈兩端電壓與匝數的關系,實驗器材有:學生電源、可拆變壓器、交流電壓表、若干導線。圖甲為實驗原理圖,在原線圈A、B兩端加上電壓,用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓,測量數據如表所示。
實驗 序號 原線圈匝數 n1=400 原線圈兩端 電壓U1/V 副線圈匝數 n2=200 副線圈兩端 電壓U2/V 副線圈匝數 n3=1 400 副線圈兩端 電壓U3/V
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.0
請回答下列問題:
(1)在圖乙中,應將A、B分別與　　　　(填“a、b”或“c、d”)連接。
(2)根據表中數據得出的實驗結論是:在實驗誤差允許范圍內,變壓器原、副線圈的電壓之比等于　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在實驗序號為2的測量中,若把圖丙中的可移動鐵芯取走,副線圈匝數n2=200,則副線圈兩端電壓　　　　(填正確答案標號)。
A.一定小于4.0 V
B.一定等于4.0 V
C.一定大于4.0 V
第4講
1.解析:(1)實驗操作中,為了人身安全,原線圈兩端只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過12 V,故A正確;實驗通電時,不可用手接觸裸露的導線、接線柱等,故B錯誤;使用多用電表測電壓時,先用最大量程擋試測,再選用恰當的擋位進行測量,故C錯誤。
(2)在實驗中,保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數不變,僅減小原線圈的匝數,根據變壓器變壓公式,副線圈兩端的電壓將增大。
答案:(1)A　(2)增大
2.解析:(1)根據電阻定律,導線電阻率和橫截面積相同時,導線越長,電阻越大,A線圈電阻比B線圈的電阻大,故A線圈匝數較多。
(2)為保證人身安全,應用12 V以內低壓交流電源,故選D。
(3)②要測量A線圈的匝數,所以要把A線圈與低壓交流電源相連接。
③變壓器輸入、輸出都是交流電,所以要用交流電壓擋測輸入和輸出電壓。
④根據理想變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數的關系,有=,解得nA=。
答案:(1)A　(2)D　(3)②A　③交流電壓　④n
3.解析:(1)變壓器是根據互感現象進行工作的,由題圖可知,原線圈連接的電壓為直流電壓,因此副線圈兩端的電壓為0。故選A。
(2)由于有漏磁,副線圈測量電壓小于理論值,所以U1為副線圈兩端電壓,可判斷連接交流電源的原線圈是右側0、4。
(3)根據理想變壓器原副線圈電壓比等于匝數比,有=,=
解得nA=,nB=。
答案:(1)A　(2)右側0、4　(3)　
4.解析:(1)在探究變壓器原副線圈兩端電壓與匝數的關系的實驗中,原線圈兩端應接入交流電,故應將A、B分別與c、d連接。
(2)根據題表中數據可知,在實驗誤差允許范圍內有=,=,故得出的結論是:在實驗誤差允許范圍內,變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數之比。
(3)若把題圖丙中的可移動鐵芯取走,磁損耗變大,原線圈中磁通量變化率比副線圈磁通量變化率大,根據法拉第電磁感應定律知,副線圈兩端電壓一定小于4.0 V。故選A。
答案:(1)c、d　(2)兩個線圈的匝數之比　(3)A
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探究變壓器原、副線圈電壓
與匝數的關系(基礎實驗)
第 4 講
1
一、實驗知能/系統歸納
2
二、應用發展/練中融通
CONTENTS
目錄
一、實驗知能/系統歸納
實驗原理圖 實驗方法：控制變量法
(1)U1、n1一定，研究n2
和U2的關系；
(2)U1、n2一定，研究n1和U2的關系。
操作要領 (1)保持原線圈的匝數n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數n2，研究n2對副線圈電壓U2的影響。
(2)保持副線圈的匝數n2和原線圈兩端的電壓U1不變，改變原線圈的匝數n1，研究n1對副線圈電壓U2的影響。
一、理清原理與操作
二、掌握數據處理方法
將兩種情況下所測數據分別列表，通過分析可知，理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個線圈的匝數n1、n2之比。
三、注意實驗細節
1.要事先推測副線圈兩端電壓的可能值。
2.為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12 V，即使這樣，通電時不要用手接觸裸露的導線、接線柱。
3.為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定電壓后再選擇適當的擋位進行測量。
4.連接電路后要由同組的幾位同學分別獨立檢查，然后請老師確認，只有這時才能接通電源。
四、做好誤差分析
1.由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴格相等造成誤差。
2.原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)造成誤差。
3.鐵芯中有磁損耗，產生渦流造成誤差。
二、應用發展/練中融通
1.在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗中，某同學利用“教學用的可拆變壓器”進行探究。
(1)關于實驗操作，下列說法正確的是_________。
A.為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12 V
B.實驗通電時，可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路
C.使用多用電表測電壓時，先用中等量程擋試測，再選用恰當的擋位進行測量
A
解析：實驗操作中，為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12 V，故A正確；實驗通電時，不可用手接觸裸露的導線、接線柱等，故B錯誤；使用多用電表測電壓時，先用最大量程擋試測，再選用恰當的擋位進行測量，故C錯誤。
(2)在實驗中，該同學保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數不變，僅減小原線圈的匝數，副線圈兩端的電壓將________ (選填“增大”“減小”或“不變”)。
解析：在實驗中，保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數不變，僅減小原線圈的匝數，根據變壓器變壓公式，副線圈兩端的電壓將增大。
增大
2.有一個教學用的可拆變壓器，如圖1所示，它有兩個外觀基本相同的線圈A、B(內部導線電阻率、橫截面積相同)，線圈外部還可以繞線。
(1)某同學用一多用電表的同一電阻擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對應圖2中的a、b位置，由此可推斷_______ (選填“A”或“B”)線圈的匝數較多。
解析：根據電阻定律，導線電阻率和橫截面積相同時，導線越長，電阻越大，A線圈電阻比B線圈的電阻大，故A線圈匝數較多。
A
(2)該實驗中輸入端所接電源最適合的是_______。
A.220 V交流電源 B.12 V以內低壓直流電源
C.36 V安全電源 D.12 V以內低壓交流電源
解析：為保證人身安全，應用12 V以內低壓交流電源，故選D。
D
(3)如果把圖1的可拆變壓器看作理想變壓器，現要測量A線圈的匝數，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導線、一只多用電表和低壓交流電源。請完成實驗步驟的填空：
①用絕緣導線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈。
②將________ (選填“A”或“B”)線圈與低壓交流電源相連接。
③用多用電表的__________擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U。
④則A線圈的匝數為________ 。
A
交流電壓
n
解析： ②要測量A線圈的匝數，所以要把A線圈與低壓交流電源相連接。
③變壓器輸入、輸出都是交流電，所以要用交流電壓擋測輸入和輸出電壓。
④根據理想變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數的關系，有=，解得nA=。
3.(2024·河北石家莊二模)某同學利用如圖甲所示器材做探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系實驗。
(1)該同學按圖乙連接電路，變壓器的左側線圈0、8接線柱與學生電源的“穩壓6 V”接線柱相連。閉合開關，用多用電表測得右側線圈0、4接線柱之間的電壓為________。
A.0 B.3.0 V C.6.0 V D.12.0 V
A
解析：變壓器是根據互感現象進行工作的，由題圖可知，原線圈連接的電壓為直流電壓，因此副線圈兩端的電壓為0。故選A。
(2)正確連接電路后，變壓器選用左側0、2接線柱和右側0、4接線柱進行實驗，用多用電表測得左側0、2之間的電壓為U1，右側0、4之間的電壓為U2，數據如下表所示，可判斷學生電源接在了接線柱______________上(選填“左側0、2”或“右側0、4”)。
實驗次數 1 2 3 4 5
U1/V 1.00 1.90 3.00 4.00 4.80
U2/V 2.10 4.00 6.10 8.20 10.00
右側0、4
解析：由于有漏磁，副線圈測量電壓小于理論值，所以U1為副線圈兩端電壓，可判斷連接交流電源的原線圈是右側0、4。
(3)實驗室中還有一個變壓器，如圖丙所示。
現要測量A、B線圈的匝數，實驗步驟如下：
①取一段漆包線，一端與A線圈上端接線
柱相連，順著原來的繞制方向在變壓器的鐵芯上再繞制n匝線圈，漆包線另一端與交流電源一端相連，A線圈下方接線柱與交流電源另一端相連接。
②用多用電表的交流電壓擋先后測出交流電源兩端的電壓U0和B線圈的輸出電壓U；
③用多用電表的交流電壓擋測出A線圈兩端的電壓U1。
如果把該變壓器看作理想變壓器，則A、B線圈的匝數nA=_______，
nB=_________。(用題中給出的字母表示)
解析：根據理想變壓器原副線圈電壓比等于匝數比，有==，解得nA=，nB=。
　
4.某物理小組欲探究變壓器原副線圈兩端電壓與匝數的關系，實驗器材有：學生電源、可拆變壓器、交流電壓表、若干導線。
圖甲為實驗原理圖，在原線圈A、B兩端加上電壓，用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓，測量數據如表所示。
實驗序號 原線圈匝數n1=400 原線圈兩端電壓 U1 / V 副線圈匝數 n2=200 副線圈兩端電壓 U2 / V 副線圈匝數
n3=1 400
副線圈兩端電壓
U3 / V
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.0
請回答下列問題：
(1)在圖乙中，應將A、B分別與______ (填“a、b”或“c、d ”)連接。
c、d
解析：在探究變壓器原副線圈兩端電壓與匝數的關系的實驗中，原線圈兩端應接入交流電，故應將A、B分別與c、d連接。
(2)根據表中數據得出的實驗結論是：在實驗誤差允許范圍內，變壓器原、副線圈的電壓之比等于____________________。
解析：根據題表中數據可知，在實驗誤差允許范圍內有==，故得出的結論是：在實驗誤差允許范圍內，變壓器原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數之比。
兩個線圈的匝數之比
(3)在實驗序號為2的測量中，若把圖丙中的可移動鐵芯取走，副線圈匝數n2=200，則副線圈兩端電壓_________ (填正確答案標號)。
A.一定小于4.0 V
B.一定等于4.0 V
C.一定大于4.0 V
A
解析： 若把題圖丙中的可移動鐵芯取走，磁損耗變大，原線圈中磁通量變化率比副線圈磁通量變化率大，根據法拉第電磁感應定律知，副線圈兩端電壓一定小于4.0 V。故選A。

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