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第4讲　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(基础实验)
一、实验知能/系统归纳
一、理清原理与操作
实验原理图 实验方法:控制变量法 (1)U1、n1一定,研究n2和U2的关系; (2)U1、n2一定,研究n1和U2的关系。
操作要领 (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,改变原线圈的匝数n1,研究n1对副线圈电压U2的影响。
二、掌握数据处理方法
将两种情况下所测数据分别列表,通过分析可知,理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。
三、注意实验细节
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源,所用电压不要超过12 V,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。
4.连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查,然后请老师确认,只有这时才能接通电源。
四、做好误差分析
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.铁芯中有磁损耗,产生涡流造成误差。
二、应用发展/练中融通
1.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。
(1)关于实验操作,下列说法正确的是　　　　。
A.为了人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12 V
B.实验通电时,可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
C.使用多用电表测电压时,先用中等量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量
(2)在实验中,该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变,仅减小原线圈的匝数,副线圈两端的电压将　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
2.有一个教学用的可拆变压器,如图1所示,它有两个外观基本相同的线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同),线圈外部还可以绕线。
(1)某同学用一多用电表的同一电阻挡先后测量了A、B线圈的电阻值,指针分别对应图2中的a、b位置,由此可推断　　　　(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。
(2)该实验中输入端所接电源最适合的是 　。
A.220 V交流电源
B.12 V以内低压直流电源
C.36 V安全电源
D.12 V以内低压交流电源
(3)如果把图1的可拆变压器看作理想变压器,现要测量A线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。请完成实验步骤的填空:
①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈。
②将　　　　　(选填“A”或“B”)线圈与低压交流电源相连接。
③用多用电表的　　　　　　挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U。
④则A线圈的匝数为　　　　　　。
3.(2024·河北石家庄二模)某同学利用如图甲所示器材做探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验。
(1)该同学按图乙连接电路,变压器的左侧线圈0、8接线柱与学生电源的“稳压6 V”接线柱相连。闭合开关,用多用电表测得右侧线圈0、4接线柱之间的电压为　　　　。
A.0　　　　　　　 B.3.0 V
C.6.0 V D.12.0 V
(2)正确连接电路后,变压器选用左侧0、2接线柱和右侧0、4接线柱进行实验,用多用电表测得左侧0、2之间的电压为U1,右侧0、4之间的电压为U2,数据如下表所示,可判断学生电源接在了接线柱　　　　上(选填“左侧0、2”或“右侧0、4”)。
实验次数 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)实验室中还有一个变压器,如图丙所示。现要测量A、B线圈的匝数,实验步骤如下:
①取一段漆包线,一端与A线圈上端接线柱相连,顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈,漆包线另一端与交流电源一端相连,A线圈下方接线柱与交流电源另一端相连接。
②用多用电表的交流电压挡先后测出交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U;
③用多用电表的交流电压挡测出A线圈两端的电压U1。
如果把该变压器看作理想变压器,则A、B线圈的匝数nA=　　　　,nB=　　　　。(用题中给出的字母表示)
4.某物理小组欲探究变压器原副线圈两端电压与匝数的关系,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,测量数据如表所示。
实验 序号 原线圈匝数 n1=400 原线圈两端 电压U1/V 副线圈匝数 n2=200 副线圈两端 电压U2/V 副线圈匝数 n3=1 400 副线圈两端 电压U3/V
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.0
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)根据表中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4.0 V
B.一定等于4.0 V
C.一定大于4.0 V
第4讲
1.解析:(1)实验操作中,为了人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12 V,故A正确;实验通电时,不可用手接触裸露的导线、接线柱等,故B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C错误。
(2)在实验中,保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变,仅减小原线圈的匝数,根据变压器变压公式,副线圈两端的电压将增大。
答案:(1)A　(2)增大
2.解析:(1)根据电阻定律,导线电阻率和横截面积相同时,导线越长,电阻越大,A线圈电阻比B线圈的电阻大,故A线圈匝数较多。
(2)为保证人身安全,应用12 V以内低压交流电源,故选D。
(3)②要测量A线圈的匝数,所以要把A线圈与低压交流电源相连接。
③变压器输入、输出都是交流电,所以要用交流电压挡测输入和输出电压。
④根据理想变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系,有=,解得nA=。
答案:(1)A　(2)D　(3)②A　③交流电压　④n
3.解析:(1)变压器是根据互感现象进行工作的,由题图可知,原线圈连接的电压为直流电压,因此副线圈两端的电压为0。故选A。
(2)由于有漏磁,副线圈测量电压小于理论值,所以U1为副线圈两端电压,可判断连接交流电源的原线圈是右侧0、4。
(3)根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比,有=,=
解得nA=,nB=。
答案:(1)A　(2)右侧0、4　(3)　
4.解析:(1)在探究变压器原副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流电,故应将A、B分别与c、d连接。
(2)根据题表中数据可知,在实验误差允许范围内有=,=,故得出的结论是:在实验误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。
(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4.0 V。故选A。
答案:(1)c、d　(2)两个线圈的匝数之比　(3)A
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探究变压器原、副线圈电压
与匝数的关系(基础实验)
第 4 讲
1
一、实验知能/系统归纳
2
二、应用发展/练中融通
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目录
一、实验知能/系统归纳
实验原理图 实验方法：控制变量法
(1)U1、n1一定，研究n2
和U2的关系；
(2)U1、n2一定，研究n1和U2的关系。
操作要领 (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，改变原线圈的匝数n1，研究n1对副线圈电压U2的影响。
一、理清原理与操作
二、掌握数据处理方法
将两种情况下所测数据分别列表，通过分析可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。
三、注意实验细节
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源，所用电压不要超过12 V，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。
4.连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，然后请老师确认，只有这时才能接通电源。
四、做好误差分析
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.铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。
二、应用发展/练中融通
1.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。
(1)关于实验操作，下列说法正确的是_________。
A.为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V
B.实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
C.使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量
A
解析：实验操作中，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，故A正确；实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等，故B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C错误。
(2)在实验中，该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，副线圈两端的电压将________ (选填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：在实验中，保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅减小原线圈的匝数，根据变压器变压公式，副线圈两端的电压将增大。
增大
2.有一个教学用的可拆变压器，如图1所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同)，线圈外部还可以绕线。
(1)某同学用一多用电表的同一电阻挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图2中的a、b位置，由此可推断_______ (选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。
解析：根据电阻定律，导线电阻率和横截面积相同时，导线越长，电阻越大，A线圈电阻比B线圈的电阻大，故A线圈匝数较多。
A
(2)该实验中输入端所接电源最适合的是_______。
A.220 V交流电源 B.12 V以内低压直流电源
C.36 V安全电源 D.12 V以内低压交流电源
解析：为保证人身安全，应用12 V以内低压交流电源，故选D。
D
(3)如果把图1的可拆变压器看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。请完成实验步骤的填空：
①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈。
②将________ (选填“A”或“B”)线圈与低压交流电源相连接。
③用多用电表的__________挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U。
④则A线圈的匝数为________ 。
A
交流电压
n
解析： ②要测量A线圈的匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接。
③变压器输入、输出都是交流电，所以要用交流电压挡测输入和输出电压。
④根据理想变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系，有=，解得nA=。
3.(2024·河北石家庄二模)某同学利用如图甲所示器材做探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验。
(1)该同学按图乙连接电路，变压器的左侧线圈0、8接线柱与学生电源的“稳压6 V”接线柱相连。闭合开关，用多用电表测得右侧线圈0、4接线柱之间的电压为________。
A.0 B.3.0 V C.6.0 V D.12.0 V
A
解析：变压器是根据互感现象进行工作的，由题图可知，原线圈连接的电压为直流电压，因此副线圈两端的电压为0。故选A。
(2)正确连接电路后，变压器选用左侧0、2接线柱和右侧0、4接线柱进行实验，用多用电表测得左侧0、2之间的电压为U1，右侧0、4之间的电压为U2，数据如下表所示，可判断学生电源接在了接线柱______________上(选填“左侧0、2”或“右侧0、4”)。
实验次数 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
右侧0、4
解析：由于有漏磁，副线圈测量电压小于理论值，所以U1为副线圈两端电压，可判断连接交流电源的原线圈是右侧0、4。
(3)实验室中还有一个变压器，如图丙所示。
现要测量A、B线圈的匝数，实验步骤如下：
①取一段漆包线，一端与A线圈上端接线
柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈，漆包线另一端与交流电源一端相连，A线圈下方接线柱与交流电源另一端相连接。
②用多用电表的交流电压挡先后测出交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U；
③用多用电表的交流电压挡测出A线圈两端的电压U1。
如果把该变压器看作理想变压器，则A、B线圈的匝数nA=_______，
nB=_________。(用题中给出的字母表示)
解析：根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比，有==，解得nA=，nB=。
　
4.某物理小组欲探究变压器原副线圈两端电压与匝数的关系，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，测量数据如表所示。
实验序号 原线圈匝数n1=400 原线圈两端电压 U1 / V 副线圈匝数 n2=200 副线圈两端电压 U2 / V 副线圈匝数
n3=1 400
副线圈两端电压
U3 / V
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.0
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。
c、d
解析：在探究变压器原副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流电，故应将A、B分别与c、d连接。
(2)根据表中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____________________。
解析：根据题表中数据可知，在实验误差允许范围内有==，故得出的结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比。
两个线圈的匝数之比
(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4.0 V
B.一定等于4.0 V
C.一定大于4.0 V
A
解析： 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4.0 V。故选A。

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