2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：选修3-2第十章实验13探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系

实验13　探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系

实验原理

原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中的磁场也在不断的变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈中就存在输出电压。本实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。

实验器材

两只多用电表(或两只交直流数字电压表)、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器、导线若干。

实验过程

1.多用电表交流电压挡量程选择及读数：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，则应选择交流电的最大量程进行测量。

2.可拆变压器的组装：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。

3.设计实验数据记录表：

4.输入、输出端电压的测量：用交流电压表测量输入、输出电压。

5.改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压：改变输入电压，输出电压也随之改变，但是两者的比值不变。

6.对调原、副线圈，重新测量输入、输出端电压：对调原、副线圈后，输出端电压发生变化，两者的比值为对调前的倒数。

7.改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压：改变线圈匝数后，输出电压随之变化，输入、输出电压的比值也随之变化。

8.实验结果分析及结论得出：在误差允许的范围内，变压器线圈两端的电压与匝数成正比，数学表达式为：＝。

注意事项

1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。

2.为了人身安全学生电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。

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，大致确定被测电压后再选用适当的量程进行测量。

【例】　(2017·4月浙江选考)(1)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是______(多选)。

A.有闭合铁芯的原副线圈；

B.无铁芯的原副线圈；

C.交流电源；

D.直流电源；

E.多用电表(交流电压挡)；

F.多用电表(交流电流挡)。

用匝数na＝60匝和nb＝120匝的变压器，实验测量数据如下表：

根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(填na或nb)。

(2)用如图1所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落。当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向从________(填“a到b”或“b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图象应该是________。

图1

解析　(1)为了完成变压器的实验探究，需要使用交流电源、多用电表(交流电压挡)。为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈，因此正确答案为A、C、E；

由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端。

(2)根据楞次定律可知，进入电流方向与离开时电流方向相反，选项C错误；由于离开时速度比进入速度快，即切割磁感线的感应电流要大，选项A正确，B、D错误。

答案　(1)ACE　nb　(2)b到a　A

1.(2016·10月浙江选考)如图2所示，在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列说法正确的是________(填字母)。

图2

A.用可拆变压器，能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈

B.测量原、副线圈的电压，可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表

C.原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱，副线圈电压大于原线圈电压

D.为便于探究，先保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响

答案　AD

2.在“探究变压器两个线圈的电压关系”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______(只填步骤前数字序号)；

(2)如图3所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝8 V时，U2′＝32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________。

图3

解析　(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”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；

(2)两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压；由上数据可得：＝。

答案　(1)①③②④　(2)＝

3.某同学选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压________(选填“交流电源”或“直流电源”)。先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是________(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”)。

解析　变压器的工作原理是互感现象，故原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压交流电源；根据变压比公式＝，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大；根据变压比公式＝，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小；上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法。

答案　交流电源　增大　减小　控制变量法