江苏版高考物理一轮复习第11章实验15探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系课时学案

这是一份江苏版高考物理一轮复习第11章实验15探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系课时学案，共8页。

实验原理与操作
1．实验采用控制变量法
①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；
②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。
2．变压器的原理是互感现象的应用
原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，不能用直流电源；因为需要测量电压，所以需要多用电表(交流电压挡)。
[题组训练]
1．(2023·苏州市调研)在“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验中
(1)实验中，为了人体安全，电源的交流电压不要超过 ________。
A．12 V B．24 V
C．36 V D．220 V
(2)下列器材中，本实验需要用到的是 ________。
A B C D
图1
(3)如图2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 ________。
图2
A．平面abcd B．平面aehd
C．平面abgh D．平面dcfe
(4)若有一台铭牌模糊的可拆卸式变压器，如图3所示，该变压器可近似看作理想变压器。某同学欲测量它的初级、次级线圈匝数：先在上端铁轭(闭合铁芯中不套绕组只起磁路作用的部分)处紧密缠绕100匝漆包细铜线，并将细铜线两端与理想交流电压表接成闭合回路。然后在次级线圈两端的接线柱上输入8.0 V低压交流电压，理想交流电压表示数为2.0 V，则次级线圈的匝数为 ________匝。
图3
(5)某同学组装变压器时，由于疏忽，上端铁轭漏装。实验时，若变压器左右两侧线圈分别选用匝数n左＝400匝和n右＝800匝进行实验，一侧线圈与交流低压电源相连，另一侧线圈与理想交流电压表接成闭合回路，实验数据如表(左侧线圈电压U左可能是交流低压电源显示的供电电压，也可能是交流电压表测量的电压；右侧线圈电压U右同样如此)：
根据实验数据可判断 ________侧(选填“左”或“右”)线圈与交流低压电源相连。
[解析] (1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是交流电，所以选用低压交流电源，交流电压12 V是最安全的，故A正确，B、C、D错误；故选A。
(2)由于要使用交流电源，则干电池及直流电压表基本用不上，故A、C错误，B、D正确。故选BD。
(3)为了减小涡流引起的热量损失，同时又为了防止漏磁，变压器的铁芯采用硅钢片叠加而成。硅钢片平面应与平面aehd平行，故A、C、D错误，B正确。故选B。
(4)若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系U1∶U2＝n1∶n2，所以n1＝eq \f(U1,U2)×n2＝eq \f(8,2)×100匝＝400匝。
(5)由于变压器上端铁轭漏装，存在明显漏磁现象，则副线圈的交流电压表的实际读数小于理想变压器的副线圈的读数，由于U右总是小于U左的2倍，所以可判断连接交流电源的线圈是左侧。
[答案] (1)A (2)BD (3)B (4)400 (5)左
2．(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：
A．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
B．条形磁铁
C．直流电源
D．多用电表
E．开关、导线若干
上述器材在本实验中不必用到的是________(填器材前的序号)，本实验中除上述器材外还需要用到的器材有_______________________________________。
(2)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是( )
A．原线圈接直流电压，电表用直流电压挡
B．原线圈接直流电压，电表用交流电压挡
C．原线圈接12 V以下交流电压，电表用交流电压挡
D．原线圈接220 V交流电压，电表用交流电压挡
[解析] (1)变压器的原理是互感现象，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故条形磁铁B不必用到，如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生，故直流电源C不必用到，需要用到低压交流电源；(2)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，综合(1)可知，应选C。
[答案] (1)BC 低压交流电源 (2)C
3．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。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 [变压器是改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，故A正确；实验通电时，不能用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。故选A。]
数据处理与误差分析
1．变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场；如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生；原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压。
2．实际实验中会存在漏磁现象。
[题组训练]
1．(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________。
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)
(2)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”)。
[解析] (1)变压器的原理是互感现象。是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，如果原线圈连接的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生。题意为探究变压器原副线圈两端的电压和匝数的关系，需要测量电压，所以需要一个测电压的仪器，所以需要的器材有A有闭合铁芯的原、副线圈；C交流电源；E多用电表(交流电压挡)；故选ACE。
(2)根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响，判断出 U2 为原线圈上电压大小，则判断出接电源的是nb。
[答案] (1)ACE (2)nb
2．在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。
(1)实验还需下列器材中的________。
电流表 电压表
学生电源 多用电表
(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接线“0；4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则所接电源电压挡位为________。
A．18.0 V B．10.0 V
C．5.0 V D．2.5 V
[解析] (1)本实验中，变压器的原线圈应接在交流电源上，为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要多用电表，故学生电源和多用电表两个器材不能缺少。
(2)①理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)；若变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接“0；4”接线柱，则原、副线圈匝数比为eq \f(n1,n2)＝eq \f(8,4)＝2，则原线圈两端电压U1＝eq \f(n1,n2)U2＝2×5 V＝10 V。②本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5 V，则原线圈电压必须大于10 V，故选A。
[答案] (1)学生电源 多用电表 (2)A
3．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”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：
(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的关系为________(用题目中给出的字母表示)。
(3)该变压器是________变压器(选填“升压”或“降压”)。
[解析] (1)第三组数据为eq \f(U1,U2)＝eq \f(7.8,15.2)≈eq \f(1,1.9)。
(2)线圈匝数之比eq \f(n1,n2)＝eq \f(120,240)＝eq \f(1,2)，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为eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)。
(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。
[答案] (1)1∶1.9 (2)eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2) (3)升压
U左/V
2.00
4.00
6.00
8.00
U右/V
2.90
5.60
8.38
11.14
U1/V
1.80
2.80
3.80
4.90
U2/V
4.00
6.01
8.02
9.98
实验
序号
原线圈两端
的电压U1(V)
副线圈两端的
电压U2(V)
eq \f(U1,U2)
1
3.9
8.2
1∶2.1
2
5.9
11.8
1∶2.0
3
7.8
15.2