資源簡介

(共48張PPT)
實驗十五　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
第十二章　交變電流　傳感器
實驗儲備·一覽清
實驗類型·全突破
類型1　 教材原型實驗
角度1　實驗原理與操作
[典例1]　(2025·廣東云浮質檢)物理研究課上，同學們用可拆變壓器“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”。可拆變壓器如圖甲、乙所示：
(1)下列說法正確的是________。
A．為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數小于副線圈匝數
B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“直流電壓擋”
C．可以先保持原線圈電壓、匝數不變，改變副線圈的匝數，研究副線圈匝數對副線圈電壓的影響
D．測量副線圈電壓時，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當的擋位進行測量
E．變壓器開始正常工作后，鐵芯導電，把電能由原線圈輸送到副線圈
F．變壓器開始正常工作后，若不計各種損耗，在原線圈上將電能轉化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用
√
√
√
(2)如圖丙所示，某同學自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是________。
A．與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力
B．若僅增加原線圈繞制的圈數，小燈泡的亮度將保持不變
C．若僅增加副線圈繞制的圈數，學生電源的過載指示燈可能會亮起
AC
[解析]　(1)為確保實驗安全，實驗中要求副線圈匝數小于原線圈匝數，使得副線圈電壓較小，故A錯誤；變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“交流電壓擋”，故B錯誤；實驗時可采用控制變量法，先保持原線圈電壓、匝數不變，改變副線圈的匝數，研究副線圈匝數對副線圈電壓的影響，故C正確；測量副線圈電壓時，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當的擋位進行測量，防止燒壞電壓表，故D正確；變壓器開始正常工作后，若不計各種損耗，在原線圈上將電能轉化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用，故E錯誤，F正確。
(2)變壓器線圈通電會產生磁場，而變壓器上端的橫條相當于磁鐵，下端對橫條有吸引力作用，因此與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力，故A正確；僅增加原線圈匝數，副線圈兩端電壓將減小，小燈泡亮度將變暗，故B錯誤；若僅增加副線圈繞制的圈數，副線圈兩端電壓增大，小燈泡消耗的功率變大，學生電源輸出的功率變大，有可能會使學生電源的過載指示燈亮起，故C正確。
角度2　數據處理與誤差分析
[典例2]　某同學為“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”，他在實驗室準備了可拆變壓器(如圖甲所示)、低壓交流電源、多用電表、開關和導線若干。
(1)為實現探究目的，保持原線圈輸入的電壓一定，通過改變原、副線圈匝數，測量副線圈上的電壓。這個探究過程采用的科學探究方法是________(選填選項前的字母)。
A．控制變量法　 B．等效替代法
C．整體隔離法　 D．理想實驗法
A
(2)該同學認真檢查電路無誤后，其中一次測量電壓時選擇2.5 V擋位，多用電表讀數如圖乙所示，此時電表讀數為________ V。
2.00
(3)某次實驗中線圈N1接“0”“4”，線圈N2接“2”“14”，測得線圈N1兩端的電壓U1＝2.30 V，線圈N2兩端的電壓U2＝7.60 V，分析可知________(選填“N1”或“N2”)是原線圈。
(4)實驗發現原、副線圈電壓比與匝數比不相等，可能的原因是_________。
N2
有漏磁
[解析]　(1)為實現探究目的，保持原線圈輸入的電壓一定，通過改變原、副線圈匝數，測量副線圈上的電壓。這個探究過程采用的科學探究方法是控制變量法。故選A。
(2)測交流電壓時選擇2.5 V擋位，此時電表讀數為U＝2.00 V。
(3)若某次實驗中用匝數n1＝400匝、n2＝1 200匝的變壓器，測得線圈N1兩端的電壓U1＝2.30 V，線圈N2兩端的電壓U2＝7.60 V，匝數之比近似等于電壓之比，則有
＝
按U1＝2.30 V解得N2兩端的電壓
U2＝6.90 V＜7.60 V
結合變壓器不是理想的，存在漏磁、發熱等原因，則N2一定是原線圈，N1是副線圈。
(4)變壓器不是理想的，可能存在漏磁。
類型2　 拓展創新實驗
考向1　實驗器材創新
[典例3]　(2025·廣東茂名模擬)有一個教學用的可拆變壓器，其鐵芯粗細一致，如圖甲所示，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)，線圈外部還可以再繞線圈。
(1)某同學用多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對應圖乙中的a、b位置，則A線圈的電阻為________ Ω，由此可推斷______(選填“A”或“B”)線圈的匝數較多。
24
A
(2)如果把該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：一根足夠長絕緣導線、一只多用電表和低壓交流電源，請完成以下實驗步驟：
①用絕緣導線在線圈B上繞制n匝線圈；
②將A線圈與低壓交流電源相連接；
③用多用電表的“交流電壓”擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和________(選填“繞制”或“B”)線圈的輸出電壓U；
④則A線圈的匝數為________(用已知和測得量的符號表示)。
繞制
n
[解析]　(1)多用電表歐姆擋讀數＝指針指示值×倍率。A的讀數為24，倍率為“×1”，所以電阻為24 Ω。根據電阻定律知，導線越長，電阻越大，因為A的電阻比B大，所以A線圈匝數多。
(2)③因為要測量A線圈匝數，所以要把A線圈與低壓交流電源相連接。 變壓器輸入、輸出電壓都是交流電，所以要用“交流電壓”擋測繞制線圈的輸出電壓U。
④根據理想變壓器電壓比等于匝數比，有＝，
所以nA＝n。
創新點解讀　本實驗創新點在于根據變壓器的原理，電壓與匝數成正比，寫出實驗步驟，計算原線圈的匝數。
考向2　數據處理創新
[典例4]　小華同學做了探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數關系的實驗，請回答以下問題：
(1)本實驗中需要測量電壓，則在如圖所示的器材中，應________。
A．選圖甲中的器材
B．選圖乙中的器材
C．都可以選
D．都不能選
A
(2)小華在做本實驗時，選擇的原線圈為100匝，副線圈為200匝；他將原線圈接入學生電源中的交流電壓“6 V”擋位，用合適的電表測量出副線圈的電壓為13 V，則下列敘述可能符合實際情況的一項是________。
A．變壓器的鐵芯沒有閉合
B．一定是電壓的測量出了問題
C．副線圈實際匝數與標注的“200”不符，應該小于200匝
D．學生電源實際輸出電壓大于標注的“6 V”
D
(3)用匝數na＝100匝和nb＝200匝的變壓器進行實驗，實驗測量數據如表，
U1/V 1.60 2.50 3.70 4.60
U2/V 3.70 5.30 7.60 9.70
根據測量數據可判斷連接電源的線圈是________(選填“na”或“nb”)。
nb
[解析]　(1)題圖甲中是多用電表，而題圖乙中是電壓表，實驗需要測量交流電壓，因此選用題圖甲中的器材，故A正確，B、C、D錯誤。
(2)根據理想變壓器的原、副線圈的電壓與其匝數關系式＝，若變壓器的鐵芯沒有閉合，則得出副線圈的電壓小于12 V，A錯誤；若是電壓的測量出了問題，可能小于12 V，也可能大于12 V，根據
題意不能判斷一定是電壓的測量出了問題，B錯誤；副線圈實際匝數與標注的“200”不符，若小于200匝，由以上公式可知，副線圈的電壓小于12 V，C錯誤；若學生電源實際輸出電壓大于標注的“6 V”，由以上公式可知，副線圈的電壓可能為13 V，D正確。
(3)根據題意，電壓比與匝數比不相等，可知該變壓器為非理想變壓器，考慮到變壓器有漏磁、鐵芯發熱、導線發熱等影響，判斷出U2為原線圈上的電壓大小，則判斷出接電源的是nb。
創新點解讀　本實驗創新點在于：①根據已有電壓數據判斷實驗器材問題；②根據已有匝數及電壓數據判斷原、副線圈。
實驗針對訓練(十五)　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
1．某同學用如圖甲所示的可拆變壓器探究“原、副線圈的電壓比與匝數比的關系”。將原線圈接在交流電源上，將副線圈接在電壓傳感器(可視為理想電壓表)上，觀察到副線圈電壓U2隨時間t變化的圖像如圖乙所示，在t1～t2時間內該同學先斷開開關，其后進行的操作可能是(　　)
A．增加了交流電源的頻率
B．擰緊了松動的鐵芯Q
C．減少了副線圈的匝數
D．增加了原線圈的匝數
√
B　[只增大交流電源的頻率，不能改變副線圈輸出電壓U2，故A錯誤；擰緊了變壓器鐵芯Q，副線圈輸出電壓U2增大，故B正確；由題圖乙知，t1時刻前的電壓值小于t2時刻后的電壓值，而周期不變，根據＝，增大了副線圈的匝數或減少了原線圈的匝數，副線圈輸出電壓U2增大，故C、D錯誤。故選B。]
2．一學生做“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”實驗的過程中，先保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)；然后再保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)；上述“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”中采用的實驗方法是______________。
增大
減小
控制變量法
[解析]　保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，因原、副線圈的電壓和匝數成正比，即＝，則觀察到副線圈兩端的電壓增大；然后再保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓減小；上述“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”中采用的實驗方法是控制變量法。
3．某同學欲研究實驗室可拆變壓器工作時原線圈輸入功率和副線圈輸出功率之間的關系，可供選擇的器材如下：
a．可拆變壓器(如圖1中所示，原線圈接線柱標注0、4、8、12，副線圈接線柱標注0、1、2)
b．學生電源
c．小燈泡(2.5 V，2.0 W)
d．交流電壓表V1(量程0～30 V)
e．交流電壓表V2(量程0～6 V)
f．交流電流表A1(量程0～0.3 A)
g．交流電流表A2(量程0～1.0 A)
h．滑動變阻器(0～5 Ω)
實驗電路如圖2：
(1)用筆畫線代替導線將圖1中的實物圖補充完整。
見解析圖
(2)連接好電路后，該同學將滑動變阻器滑片置于阻值最大處，學生電源電壓調至20 V，打開電源開關，調整滑動變阻器滑片位置，當燈泡較亮時，讀出四個電表的示數分別為U1＝20.0 V，I1＝0.16 A，U2＝4.2 V，I2＝0.60 A，通過計算發現U1I1＞U2I2，可能的原因是________(填選項標號)。
A．未考慮電壓表V1的內阻
B．未考慮電壓表V2的內阻
C．變壓器漏磁
D．由于渦流變壓器鐵芯發熱
CD
(3)繼續調整滑動變阻器滑片位置，使燈泡更亮，測得四個電表的示數分別為U′1、I′1、U′2、I′2，則U′1I′1與U′2I′2的差值將________(忽略電流表內阻的影響，選填“增大”或“減小”)。
(4)若將可拆變壓器上水平放置的鐵芯拆下，則要使小燈泡能夠正常發光，左側原線圈應選擇接線柱“0”與________(選填“4”或“12”)相連。
增大
4
[解析]　(1)左側原線圈應與電源交流接線柱相連，燈泡的額定電壓為2.5 V，額定功率為2 W，額定電流為0.8 A，正常工作時的電阻約為3 Ω，滑動變阻器最大阻值為5 Ω，電源電壓為20 V，故副線圈匝數接線柱應選擇“0”“2”。連線如圖所示。
(2)電壓表V1的內阻對原線圈U1、I1的測量無影響，電壓表V2的內阻對副線圈U2、I2的測量無影響，原線圈功率大于副線圈功率的原因是漏磁、渦流和導線發熱，故C、D正確，A、B錯誤。故選CD。
(3)副線圈電流增大后，原線圈電流增大，磁場增強，渦流增大，變壓器左、右兩側功率差值增大。
(4)可拆變壓器上水平放置的鐵芯拆下后漏磁增多，應減小原、副線圈匝數比，選擇“0”“4”接線柱。
4．某實驗小組利用學生電源、小型可拆變壓器、交流電壓表、導線等器材進行變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數關系的探究活動。根據實驗原理圖連接電路，如圖甲所示，在原線圈兩端依次加上不同的電壓，用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓，實驗數據如表：
實驗序號 原線圈匝數n1＝800，原線圈兩端電壓U1/V 副線圈匝數n2＝600，副線圈兩端電壓U2/V 副線圈匝數n3＝____________，副線圈兩端電壓U3/V
1 5.6 4.2 2.8
2 9.7 7.3 4.8
3 13.7 10.3 6.8
(1)請你用筆畫線代替導線完成圖乙中的電路連接。
見解析圖
(2)根據實驗數據，可以得出實驗結論：變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數的關系為________(用題中給出的字母表示)。
(3)根據表中的數據知副線圈匝數n3＝________。
＝
400
[解析]　(1)連線如圖所示。
(2)由第一組數據得＝＝＝＝，可得＝；由第二組數據得＝≈1.33，＝＝≈1.33，可得＝；由第三組數據得＝≈1.33，＝＝≈1.33，可得＝。
(3)根據上面三組數據可以得到變壓器線圈兩端電壓與匝數的關系為＝，根據＝，可得n3＝·n1＝×800＝400。
謝 謝 ！

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