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(共26张PPT)
3　变压器
课时2　实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
实验探究 方案梳理
【实验目的】
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
【实验原理】
如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈就存在输出电压。
【实验器材】
可变匝数的变压器(铁芯)、多用电表、低压交流电源、导线若干。
【实验步骤】
1.要先估计被测电压的大致范围,再选择恰当的量程,若不知道被测电压的大致范围,则应选择多用电表的最大量程进行测量。
2.把两个线圈穿在铁芯上,闭合铁芯。
3.改变副线圈的匝数,用多用电表交流电压挡测量输出电压。并将实验数据记录在下面表格中。
实验
次数 原线圈
匝数n1 副线圈
匝数n2 输入电
压U1/V 输出电
压U2/V
1
2
3
4
5
【数据处理】
分析实验数据,得到结论:在误差允许范围内,n1和U1一定时,U2和n2成正比。
【误差分析】
1.线圈通过电流时会发热。
2.变压器铁芯内有漏磁。
3.铁芯中有焦耳热产生。
【注意事项】
1.要事先推测副线圈两端电压的可能值。
2.通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。
3.为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
实验热点 探究突破
典型例题
【例题】 物理研究课上,同学们用可拆变压器探究变压器的电压与匝数的关系,可拆变压器如图甲、乙所示。
甲　可拆变压
器零部件
乙　组装后
的变压器
丙
热点 实验原理、操作与实验分析
(1)下列说法正确的是　　　　。
A.为确保实验安全,实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.变压器的原线圈接低压交流电源,测量副线圈电压时应当用多用电表的直流电压挡
C.可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D.测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
E.变压器开始正常工作后,铁芯导电,把电能由原线圈输送到副线圈
F.变压器开始正常工作后,若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示,某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端,副线圈接小灯泡。下列说法正确的是　　　　。
A.与变压器未通电时相比较,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B.若仅增加原线圈绕制的圈数,小灯泡的亮度将保持不变
C.若仅增加副线圈绕制的圈数,学生电源的过载指示灯可能会亮起
答案:(1)CDF　(2)AC
解析:(1)为确保实验安全,应该降低输出电压,实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数,选项A错误。变压器只能改变交变电流的电压,原线圈输入交流电压,副线圈输出交流电压,应用多用电表的交流电压挡测量,选项B错误。研究变压器电压和匝数的关系,用控制变量法,可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响,选项C正确。为了保护电表,测量副线圈电压时,先用最大量程试测,大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量,选项D正确。变压器的工作原理是电磁感应现象,即若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”磁场能的作用,不是铁芯导电,传输电能,选项E错误,F正确。
(2)与变压器未通电时相比较,通电时线圈产生磁场,对横条铁芯具有吸引力,若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,选项A正确。增加原线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压减小,灯泡的亮度降低,选项B错误。增加副线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压增大,根据欧姆定律可知,输出电流增大,根据变流比可知,输入电流增大,学生电源的过载指示灯可能会亮起,选项C正确。
成 果 验 收 站
1.(2024·安徽期中)在利用教学中的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”实验中,装置如图所示,原线圈的“0”和“800匝”两个接线柱接学生交流电源。回答下列问题:
(1)用多用电表的交流电压挡测电压时,应先用　　　　(选填“最大”或“最小”)量程挡试测。
(2)若在原线圈“0”和“800匝”之间接12 V交流电压,副线圈接“0”和“400匝”,则利用交流电压表测出副线圈两端的电压可能是　　　　(选填“5.5”或“24”) V。
(3)保持交流电源的电压和原、副线圈的匝数不变,若铁芯原来松动了,现拧紧铁芯,则拧紧后与拧紧前相比,测出的副线圈交流电压　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
答案:(1)最大 (2)5.5 (3)变大
2.在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中,小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1=120、n2=240,某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压,用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压,数据如表所示。
实验
序号 原线圈两端
的电压U1/V 副线圈两端
的电压U2/V
1 4.3 7.9 1∶1.8
2 6.1 11.8 1∶1.9
3 7.8 15.2
(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值,还有一组U1、U2的比值没有算出,这组的结果是　　　　　。
(2)由实验数据可知,电压比与匝数比并不相等,主要原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　(至少写出两点)。
(3)实验误差范围内,可得出结论:变压器线圈两端电压与匝数关系为　　　　　　　　(用题目中给出的字母表示)。
(4)该变压器是　　　　(选填“升压”或“降压”)变压器。
答案:(1)1∶1.9
(2)漏磁、导线发热、铁芯发热、电表误差等
(4)升压
(2)由于漏磁、导线发热、铁芯发热、电表误差等的影响,电压比不等于匝数比。
(4)从题表格数据可知副线圈两端的电压高,所以该变压器是升压变压器。
3.理想变压器是指在变压器变压的过程中,线圈和铁芯不损耗能量,磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器,它有一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。
(1)甲同学的猜想是U1∶U2=n1∶n2;乙同学的猜想是U1∶U2=n2∶n1。你认为猜想合理的同学是　　　,你做出上述判断所依据的物理规律是　　　　　　　　　　　。
(2)为了验证理论推导的正确性,可以通过实验来探究。为保证实验安全、有效地进行,应选用　　　　　　　电源。
(3)在实验时,若采用多用电表进行测量,应先将选择开关置于
　　　　　　挡,并选用　　　　量程进行试测,大致确定被测数据后,再用适当的量程进行测量。
答案:(1)甲　法拉第电磁感应定律
(2)低压(一般低于12 V)交流
(3)交流电压　最大
解析:(1)由变压器的工作原理可知,猜想合理的同学是甲同学。做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。
(2)为了保证实验安全、有效地进行,应选用低压(一般低于12 V)交流电源。
(3)使用多用电表时,应先将选择开关置于交流电压挡,并选用最大量程进行试测。

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