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实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
对应学生用书P290
一、实验思路
交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。
二、实验方法：控制变量法。
1.n1一定，研究n2和U2的关系。
2.n2一定，研究n1和U2的关系。
三、实验器材
多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。
四、实验步骤
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。
(1)估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡的适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量。
(2)组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压。
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n1对副线圈电压U2的影响。重复(1)中步骤。
3.数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系。
4.实验结论
在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比，即＝。
五、注意事项
1.在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。
2.为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。
3.为了保护多用电表，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再用适当的挡位进行测量。
六、误差分析
由于存在能量损耗以及漏磁，所以副线圈测量电压值应小于理论电压值。
利用可拆变压器探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【例1】 某学习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。图甲为变压器实物图，在原线圈两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压。请回答下列问题：
(1)观察图甲中变压器的横梁，它的结构和材料是　　　　。
A.硬塑料片叠成　　　　　 B.绝缘的硅钢片叠成
C.质地坚硬的大理石 D.长方形铁块
(2)原线圈两端应与图乙中的　　　　　(选填“a、b”或“c、d”)连接。
(3)小宁同学将原线圈0、4接线柱与图乙中的a、b端相连，选择开关置于6 V；电压表与副线圈0、8接线柱相连，则电压表的示数为　　　　。
A.48.0 V　　　　　　　　 B.24.0 V
C.12.0 V D.0
(4)小宣同学选择n1＝100匝和n2＝200匝两组线圈进行实验，正确接线后原线圈(n1匝)两端的输入电压为8 V，与副线圈相连的电压表指针位置如图丙所示，则电压读数为　　　　　V。
(5)小宣同学用电压表测得线圈两端电压记为U实验，通过＝计算得出的U2记为U理论，多次实验都发现U实验明显小于U理论，且相对误差接近20％，因此小宣同学认为变压器电压之比不等于线圈匝数之比。你是否同意他的观点？请简要说明理由　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　。
角度突破
1.定安装
可拆卸部分铁芯放入以后，要旋紧螺丝，以减少漏磁和变压器工作产生的噪声。
2.定电压
只能使用低压交流电源，且输入电压不能超过12 V，变压器的输入端与学生电源上的c、d连接。
3.定挡位
只能使用交流电压挡测电压，且要先用大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用合适的挡位进行测量。
【例1】 解析：(1)变压器的横梁是由绝缘的硅钢片叠成，用来增强磁场，同时减少涡流损耗，故选B。
(2)原线圈两端应接交变电流，故与c、d连接。
(3)小宁同学将原线圈0、4接线柱与图乙中的a、b端相连，即与直流电连接，变压器不能工作，即输出电压为0，电压表示数为0，故选D。
(4)若是理想变压器，则U2＝U1＝×8 V＝16 V，考虑到漏磁现象，可知电压表读数应小于16 V，可知电压表量程选择了0～15 V，该量程电压表最小分度值为0.5 V，故读数保留到十分位，故读数为13.0 V。
(5)略。
答案：(1)B　(2)c、d　(3)D　(4)13.0　(5)不同意。这是因为教学用可拆变压器不是理想变压器，工作时有能量损耗，且线圈通过电流时会发热，铁芯中产生涡流也会发热，交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内，故不能因实际实验误差否定原理
利用U1-U2图像探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【例2】 某学习小组用可拆式变压器做“探究变压器原、副线圈电压和匝数关系”的实验。
(1)下列说法正确的是　　　　。
A.为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B.电表应置于直流电压挡
C.保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D.变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(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.绝缘的铜片叠成 D.绝缘的硅钢片叠成
(3)该实验小组认真检查电路无误后，分别测出相应的原、副线圈电压值。若原、副线圈匝数分别为n1＝240匝、n2＝120匝，在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表合适的电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。
序号 1 2 3 4 5
原线圈：U1(V) 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
副线圈：U2(V) 0.90 1.82 2.75 3.63 4.50
利用表格中的数据在图中作出U1-U2图像，图像的斜率k＝　　　　(保留两位有效数字)。
(4)实验发现，U1-U2图像的斜率k与不相等，原因可能为　　　　。
A.原、副线圈上通过的电流发热
B.铁芯在交变磁场作用下发热
C.变压器铁芯漏磁
D.原线圈输入电压发生变化
易错警示
易错点 警示与正确操作
使用直流电源 警示：变压器基于电磁感应，直流电无法产生持续变化的磁场。 正确操作：必须使用低压交流学生电源
铁芯未闭合或未插紧 警示：磁路不闭合会导致漏磁严重，电压比严重偏离匝数比，且可能发出“嗡嗡”声。 正确操作：确保所有硅钢片交叉嵌合，构成闭合磁路
误用直流电压挡测量 警示：测量交流电压不能选用直流挡。 正确操作：多用电表必须选择交流电压挡 (～V)
长时间通电操作 警示：线圈和铁芯因涡流和铜损会发热，可能损坏设备。 正确操作：瞬时通电，读数后立即断开
忽视安全电压 警示：直接用220 V交流电压作为输入电压，极其危险。 正确操作：使用学生电源，输出电压不超过36 V的安全电压
教学札记：
【例2】 解析：(1)(2)略。
(3)在坐标纸上描绘出相关数据点，将点迹用直线连接起来，使点迹均匀分布在直线两侧，如图所示，根据图像，直线的斜率为k＝≈2.2。
(4)根据题中数据有＝＝2.0＜k，即U1-U2图像的斜率k与不相等，实际上所用变压器不是理想变压器，存在漏磁，存在能量的消耗，即原线圈都存在一定的电阻，原、副线圈上通过的电流会产生焦耳热，铁芯在交变磁场作用下产生的涡流也会产生焦耳热。故选ABC。
答案：(1)C　(2)D　(3)图见解析　2.2　(4)ABC
[实验(十五)]　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
(选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟)
1.(2025·江苏高考)用图示可拆变压器进行探究实验，当变压器左侧的输入电压为2 V时，若右侧接线柱选取“0”和“4”，右侧获得4 V输出电压。则左侧接线柱选取的是(　　)
A.“0”和“2” B.“2”和“8”
C.“2”和“14” D.“8”和“14”
解析：选A。根据可拆式变压器电压比与匝数比关系有＝，即＝，解得n1＝2，故原线圈接入的匝数是2匝，即左侧接线柱线圈选取的是“0”和“2”，A正确。
2.一研究小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
(1)本实验主要运用的科学研究方法是　　　　。
A.控制变量 B.等效替代
C.理想模型
(2)铁芯横梁的硅钢片的设计和摆放，下列最合理的是　　　　，请说明理由　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)某次实验，副线圈的输出电压用10 V量程的交流电压挡测量时，示数如图所示，读数为　　　　V。
(4)某次实验，选用匝数Na＝400匝和Nb＝200匝的变压器，得到一组实验数据如下表，则原线圈是　　　　(选填“Na”或“Nb”)。
实验次数 1 2 3 4 5
U1/V 2.9 3.8 4.9 5.7 6.7
U2/V 1.4 1.8 2.4 2.8 3.2
(5)改变匝数再进行实验，选用原、副线圈匝数分别为800匝、400匝的变压器，由于疏忽，未安装铁芯横梁，当输入电压为8 V时，输出电压可能为　　　　。
A.4.0 V B.3.9 V
C.1.4 V
解析：(1)(2)(3)略。
(4)由于实际实验中副线圈测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律有＝＝，由表格数据值U1总是大于2U2，故U2应该是副线圈的电压值，U1应是原线圈的电压值，可判断原线圈是Na。
(5)若为理想变压器，则U2＝U1＝4 V，但是由于铁芯没有闭合，漏磁过多，使得通过副线圈的磁通量明显小于通过原线圈的磁通量，使得副线圈的电压很小，故C符合题意。
答案：(1)A　(2)B　用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，减小涡流；用B选项的摆放方式可以更好减少漏磁　(3)9.2　(4)Na　(5)C
3.做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。
(1)为了保证安全，测副线圈两端电压时，先将多用电表的选择开关置于下图中　　　　(选填“A”“B”“C”或“D”)位置试测，再选用适当的挡位进行测量。
(2)下列说法正确的是　　　　。
A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同
B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法
C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12 V
D.绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好
(3)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，硅钢片应平行于平面　　　　。
A.abcd B.abfe
C.abgh D.aehd
(4)某学生选用图甲中匝数可调的可拆变压器(视为理想变压器)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n2对输出电压U2的影响。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与其匝数n2关系图像的示意图，U2-n2图像的斜率为　　　　(用字母表示)。
解析：(1)(2)略。
(3)实验中产生的涡电流的方向与面abcd平行，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，相互绝缘的硅钢片应垂直abcd面，即平行于aehd面，A、B、C错误，D正确。
(4)根据＝，解得U2＝n2，图像的斜率为k＝，变压器的输出电压U2与其匝数n2关系图像的示意图如图所示。
答案：(1)B　(2)BD　(3)D　(4)图见解析　(共37张PPT)
高三一轮总复习高效讲义
物 理
01
第十三章
交变电流 电磁波
实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
知识梳理　夯实基础
考点探究　提升能力
实验
02
03
01
知识梳理　夯实基础
考点探究　提升能力
角度突破
易错警示
[实验(十五)]　
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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03
谢谢观看
使用前：首先
I
要机械调零，
然后选择交流
电压合适挡位
0
02816
0
1
4
横梁
10
电源。
0
0
4
02816
0
V
3
C
d
a
甲
乙
丙
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0
1.02.0
3.0
4.05.0
6.0UW
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4.05.0
6.0U1W
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