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3　变压器
第1课时　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
学习任务一　变压器的原理
[模型建构] 如图所示,观察可拆变压器,说说变压器由哪些部件构成.


例1 (多选)[2023·沙市中学月考] 如图所示,变压器的原线圈两端连接导轨,副线圈和电阻R相连构成闭合回路,导体棒在垂直于导轨平面的匀强磁场中沿导轨向右匀速切割磁感线.下列说法正确的是 (　)
A.电压表V1的示数不为零
B.电压表V1的示数为零
C.电压表V2的示数不为零
D.电压表V2的示数为零
[反思感悟]
【要点总结】
1.理想变压器的特点
(1)没有“铜损”(线圈电阻为零,不发热)
(2)没有“铁损”(铁芯中无涡流,不发热)
(3)没有“漏磁”(磁通量全部集中在铁芯中)
2.变压器的工作原理
学习任务二　实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【实验目的】
探究变压器原、副线圈电压与匝数的定量关系.
【实验原理】
原线圈通入正弦交流电时,会在铁芯中产生变化的磁场,从而在副线圈中产生感应电动势,副线圈中就存在输出电压.通过改变原、副线圈匝数和原线圈两端的电压,探究原、副线圈的电压与匝数的关系.
【实验器材】
可拆变压器、学生电源(低压交流电源)、多用电表、开关、导线若干.
【实验步骤】
1.按如图所示连接好电路图,并记录两个线圈的匝数.
2.接通学生电源,用多用电表的交流电压挡测量原、副线圈两端的电压值U1、U2,并记录在表格中.
3.保持匝数不变,多次改变输入电压,记录每次改变电压后原、副线圈两端的电压值.
4.保持输入电压、原线圈的匝数不变,多次改变副线圈的匝数,记录每次的副线圈匝数和对应的电压值.
【数据处理】
数据记录示例如下表,计算每组对应的和的值.
次数 n1(匝) n2(匝) U1/V U2/V
1
2
3
…
【实验结论】
在误差允许的范围内,变压器原、副线圈两端电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即=.
例2 [2023·江苏苏州中学期末] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中:
(1)为了确保实验的安全,下列做法正确的是　　　　(填选项前的字母).
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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12 V
B.连接好电路后,可不经检查电路连接是否正确,直接接通电源
C.因为使用电压较低,所以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)某实验小组通过实验,记录的数据如下表:
原线圈匝数n1(匝) 100 200 400 400
副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800
原线圈两端的电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86
副线圈两端的电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64
通过分析实验数据可得出的实验结论是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(3)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8.00 V和3.90 V,据此可知电压比与匝数比并不相等,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.(至少写出两个原因)
[反思感悟]
【注意事项】
1.连接好电路后,同组同学分别独立检查,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12 V.
3.使用多用电表交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,然后再用适当的挡位进行测量.
【误差分析】
1.实验所用的可拆变压器存在各种损耗.
2.多用电表的读数存在误差.
1.(变压器的原理)(多选)关于理想变压器的工作原理,以下说法正确的是 (　)
A.通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等
C.穿过副线圈的磁通量变化使得副线圈产生感应电动势
D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈
2.(变压器的原理)如图所示的理想变压器正常工作时,原、副线圈中可能不相同的物理量为 (　)
A.每匝线圈中磁通量的变化率
B.交变电流的频率
C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率
D.原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势
3.(实验步骤和数据处理)[2023·江西九江一中月考] 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　　　　(填步骤前的数字序号).
(2)如图所示,在实验中,两线圈的匝数n1=1600、n2=400,当n1对应原线圈时,原线圈两端电压为16 V,副线圈两端电压为4 V;原线圈与副线圈对调后,原线圈两端电压为8 V时,副线圈两端电压为32 V,那么可初步确定:原线圈与副线圈对调前,变压器原、副线圈两端的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是　　　　　　　　.
4.(实验器材和误差分析)(1)在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中,小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究.
①实验还需下列器材中的　　　　(填选项字母).
②实验中,变压器的原线圈接“0;8”接线柱,副线圈接“0;4”接线柱,若副线圈所接电表的示数为5.0 V,则所接电源电压挡位为　　　　(填选项前的字母).
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.18.0 V
B.10.0 V
C.5.0 V
D.2.5 V
(2)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,可拆变压器如图所示.为了减小涡流在铁芯中产生的热量,铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成.硅钢片应平行于　　　　(填选项前的字母).
A.平面abcd
B.平面abfe
C.平面abgh
D.平面aehd
3　变压器
第1课时　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
[模型建构] 变压器的构造如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的原线圈和副线圈组成的,与交流电源相连的线圈叫原线圈,与负载相连的线圈叫副线圈.
例1　AD　[解析] 当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时,导体棒中产生恒定的感应电动势,所以电压表V1的示数不为零,A正确,B错误;由于导体棒中产生的感应电动势恒定,变压器原线圈中的电流恒定,使得穿过变压器副线圈的磁通量不变,副线圈所在回路没有感应电动势,所以电压表V2的示数为零,C错误,D正确.
例2　(1)D　(2)在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比　(3)有漏磁、铁芯发热、导线发热等
[解析] (1)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12 V,故A错误;实验通电前必须先检查电路连接是否正确,B错误;实验通电时用手接触裸露的导线、接线柱等,会将人体并联进电路中,导致所测数据不准确,同时存在安全隐患,故C错误;使用多用电表测电压时,先用最高量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量,故D正确.
(2)通过分析实验数据可得出的实验结论是,在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比.
(3)电压比与匝数比并不相等,主要原因是变压器不是理想的,故有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响副线圈两端电压.
随堂巩固
1.BC　[解析] 由于B∝I,而面积S不变,故Φ∝I,A错误.因理想变压器无漏磁,故B正确.穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势,符合法拉第电磁感应定律,C正确.变压器的工作原理是互感现象,原、副线圈并没有直接相连,故D错误.
2.D　[解析] 理想变压器是没有能量损耗的变压器,所以通过每匝线圈的磁通量相等,磁通量的变化率相等,输入功率等于输出功率,故A、C错误;根据变压器的工作原理可知,原、副线圈中交流电的频率相同,故B错误;由以上分析可知,每匝线圈中的磁通量变化率相同,而原、副线圈的匝数可能不同,故原、副线圈中的感应电动势可能不同,故D正确.
3.(1)①③②④　(2)=
[解析] (1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中,首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;再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;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;最后将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤,顺序为①③②④.
(2)根据法拉第电磁感应定律可知,原、副线圈的磁通量的变化率相同,则感应电动势的大小与匝数成正比,两线圈的匝数分别为n1=1600,n2=400,当n1对应原线圈时,U1=16 V,副线圈两端电压U2=4 V,有=;当原线圈与副线圈对调后,U'1=8 V时,U'2=32 V,此时U'2对应n1,而U'1对应n2,有=.
4.(1)①AD　②A　(2)D
[解析] (1)①变压器的原理是互感现象,原线圈中接交流电源时,变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为=,需要测电压,所以需要一个测交流电压的仪器,选项A、D正确,B、C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=,若变压器的原线圈接“0;8”接线柱,副线圈接“0;4”接线柱,若副线圈所接电表的示数为5.0 V,那么原线圈的电压为U1=×5 V=10 V;如今可拆式变压器铁芯不闭合,要使副线圈所接电表的示数为5.0 V,那么原线圈的电压必须大于10 V,选项A正确,B、C、D错误.
(2)为了减小涡流在铁芯中产生的热量,硅钢片应平行于平面aehd,选项D正确.

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