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第28课时　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系　传感器的简单应用 [实验增分课]
立足“四层”·夯基础
1.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
装置原理 操作要领 数据处理 误差分析 注意事项
控制变量法 （1）n1一定，研究U2和n2的关系。 （2）n2一定，研究U2和n1的关系 （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 由分析获得的数据可知，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 （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 （1）为了人身安全，只能使用低压（不超过12 V）交流电源，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。 （2）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量
2.传感器的简单应用
装置原理 实验过程 操作要领
传感器能够将感受到的物理量（力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量） （1）研究热敏电阻的热敏特性 ①将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值。 ②改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R-t图中，得图像如图所示。 （2）研究光敏电阻的光敏特性 ①将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好，其中多用电表置于“×100”挡。 ②先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。 ③打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况，并记录。 ④用手掌（或黑纸）遮光时电阻值又是多少，并记录 （1）在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。 （2）光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 （3）欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零
着眼“四翼”·探考点　　
教材原型
利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系：
（1）除图中所示器材外，还需要的器材有　　　（多选）。
A.干电池 B.低压交流电源
C.直流电压表 D.多用电表
（2）下列说法正确的是　　　　（多选）。
A.变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B.变压器工作时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”能量的作用
C.理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同
D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
（3）由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当　　　　（选填“大于”“等于”或“小于”）原、副线圈的匝数比。
难点助攻
第（3）问：比较“实验测得的原、副线圈的电压比与原、副线圈的匝数比”的大小关系，分析该问题时关键要知道实验中的变压器由于有铜损、磁损和铁损，导致通过变压器副线圈的磁通量比理论值要略小，所以副线圈上的电压的实验值一般略小于理论值，即U2的测量值偏小。
答案：（1）BD　（2）BC　（3）大于
解析：（1）实验中若用干电池，变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，B需要；需要用多用表测量电压，D需要；综上所述需要的实验器材为B、D。
（2）变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时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”能量的作用，故B正确；理想变压器的原、副线圈通过铁芯共用同一个磁场，则两线圈的磁通量总是相同，磁通量的变化率也相同，故C正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不变，故D错误。
（3）根据变压器原理可知原、副线圈两端电压之比等于原、副线圈匝数之比，实验中的变压器由于有铜损、磁损和铁损，导致通过变压器副线圈的磁通量比理论值要略小，所以副线圈上的电压的实验值一般略小于理论值，即U2的测量值偏小，所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。
即时演练
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匝、n2＝240匝，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 8.2 1∶1.9
2 5.9 11.8 1∶2.0
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，把求出的结果填在表格中；
（2）本实验可得出结论：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）；
（3）该变压器是　　　（选填“升压”或“降压”）变压器。
答案：（1）1∶1.9　（2）＝　（3）升压
解析：（1）第三组数据的电压比为＝≈。
（2）线圈匝数之比＝
结合表格中的数据知，在误差允许的范围内线圈两端电压与匝数的关系是＝。
（3）从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。
创新拓展
弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：
（1）装置安装和电路连接如图甲所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图乙所示的电路中。
（2）导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量
①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。
③闭合S2，电压表的示数　　　　（选填“变大”或“变小”）。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝　　　　（用I1、I2和U表示）。
④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。
（3）该电压表内阻对导电绳电阻的测量值　　　　（选填“有”或“无”）影响。
（4）图丙是根据部分实验数据描绘的Rx-L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为　　　　cm，即为机械臂弯曲后的长度。
3步稳解题
①实验目的是什么？
测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系。
②实验原理是什么？
部分电路的欧姆定律、并联电阻的计算。
③怎样处理数据？
a.利用串并联电路知识进行相关计算；
b.利用Rx-L图线直接读出导电绳电阻Rx＝1.33 kΩ对应的导电绳拉伸后的长度L。
答案：（2）③变小　　（3）无　（4）51.80
解析：（2）断开开关S2，根据欧姆定律可得定值电阻的阻值R0＝。闭合开关S2，导电绳与定值电阻并联，并联后的总电阻小于定值电阻的阻值R0，电流表示数增大，电压表示数变小。调节滑动变阻器R使电压表的示数仍为U，则有＋＝I2，联立解得Rx＝。
（3）考虑电压表内阻时，有＝＋，＝＋＋，联立解得Rx＝，与（2）中分析的结果相同，故电压表内阻对导电绳电阻的测量值无影响。
（4）由Rx-L图线可知，导电绳电阻Rx＝1.33 kΩ对应的导电绳拉伸后的长度L＝51.80 cm。
即时演练
　某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
（1）用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
（2）当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为　　　　Ω。
答案：（1）见解析图　（2）318
解析：（1）连接电路如图所示。
（2）R1与R2串联，有I1＝I2＝Imax＝15 mA＝0.015 A
根据闭合电路的欧姆定律得R1＋R2＋r＝
由题图乙可知，F＝800 N时，R1＝80 Ω，所以R2＝ －r－R1＝ Ω＝318 Ω，即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。第28课时　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系　
传感器的简单应用 [实验增分课]
立足“四层”·夯基础
1.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
装置原理 操作要领 数据处理 误差分析 注意事项
控制变量法 （1）n1一定，研究U2和n2的关系。 （2）n2一定，研究U2和n1的关系 （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 由分析获得的数据可知，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 （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 （1）为了人身安全，只能使用低压（不超过12 V）交流电源，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。 （2）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量
2.传感器的简单应用
装置原理 实验过程 操作要领
传感器能够将感受到的物理量（力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量） （1）研究热敏电阻的热敏特性 ①将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值。 ②改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R-t图中，得图像如图所示。 （2）研究光敏电阻的光敏特性 ①将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好，其中多用电表置于“×100”挡。 ②先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。 ③打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况，并记录。 ④用手掌（或黑纸）遮光时电阻值又是多少，并记录 （1）在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。 （2）光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 （3）欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零
着眼“四翼”·探考点
教材原型
利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系：
（1）除图中所示器材外，还需要的器材有　　　（多选）。
A.干电池 B.低压交流电源
C.直流电压表 D.多用电表
（2）下列说法正确的是　　　　（多选）。
A.变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B.变压器工作时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”能量的作用
C.理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同
D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
（3）由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当　　　　（选填“大于”“等于”或“小于”）原、副线圈的匝数比。
难点助攻
第（3）问：比较“实验测得的原、副线圈的电压比与原、副线圈的匝数比”的大小关系，分析该问题时关键要知道实验中的变压器由于有铜损、磁损和铁损，导致通过变压器副线圈的磁通量比理论值要略小，所以副线圈上的电压的实验值一般略小于理论值，即U2的测量值偏小。
听课记录　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
即时演练
　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匝、n2＝240匝，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 8.2 1∶1.9
2 5.9 11.8 1∶2.0
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，把求出的结果填在表格中；
（2）本实验可得出结论：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）；
（3）该变压器是　　　（选填“升压”或“降压”）变压器。
创新拓展
弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下：
（1）装置安装和电路连接如图甲所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图乙所示的电路中。
（2）导电绳拉伸后的长度L及其电阻Rx的测量
①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S2，闭合开关S1，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1。
③闭合S2，电压表的示数　　　　（选填“变大”或“变小”）。调节R使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I2，则此时导电绳的电阻Rx＝　　　　（用I1、I2和U表示）。
④断开S1，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。
（3）该电压表内阻对导电绳电阻的测量值　　　　（选填“有”或“无”）影响。
（4）图丙是根据部分实验数据描绘的Rx L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻Rx为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为　　　　cm，即为机械臂弯曲后的长度。
3步稳解题
①实验目的是什么？
测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系。
②实验原理是什么？
部分电路的欧姆定律、并联电阻的计算。
③怎样处理数据？
a.利用串并联电路知识进行相关计算；
b.利用Rx-L图线直接读出导电绳电阻Rx＝1.33 kΩ对应的导电绳拉伸后的长度L。
听课记录　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
即时演练
　某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
（1）用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
（2）当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为　　　　Ω。
温馨提示：请完成《课时跟踪检测》第70课时

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