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    新人教版高中物理选择性必修第二册第三章交变电流实验探究变压器原副线圈电压与匝数的关系学案
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    高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流1 交变电流学案设计

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    这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流1 交变电流学案设计,共8页。学案主要包含了实验目的,实验原理,实验器材,实验步骤,数据处理,误差分析,注意事项等内容,欢迎下载使用。

    一、实验目的
    探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
    二、实验原理
    1.实验电路图,如图所示。
    2.实验方法采用控制变量法:
    (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
    学生电源(低压交流,小于12 V)1个、可拆变压器1个(如图所示)、多用表(交流电压挡)1个、导线若干。
    四、实验步骤
    1.如图所示,连接好电路,将两个多用电表调到交流电压挡,并记录两个线圈的匝数。
    2.保持原线圈匝数不变,用多用电表电压挡测量原线圈电压,并记录在表格中。
    3.改变副线圈匝数,用多用电表分别测量副线圈的电压,把匝数、电压的对应数据记录在表格中。
    4.保持副线圈匝数不变,改变原线圈匝数,重复步骤2、3。
    五、数据处理
    1.将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表
    2.由表格数据得出结论
    (1)当原线圈匝数不变、输入电压不变时,随着副线圈匝数增加,输出电压增大。进一步研究可知,副线圈电压与副线圈匝数成正比。
    (2)当副线圈匝数不变、输入电压不变时,随着原线圈匝数增加,副线圈输出电压变小。进一步研究可知,副线圈电压与原线圈匝数成反比。
    六、误差分析
    1.由于漏磁,通过原、副线圈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。
    4.电表的读数存在误差。
    七、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挡位进行测量。
    [例题1] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中:
    (1)原线圈中接入的电源是________;
    A.接入电压为220 V交流电源
    B.接入学生电源12 V以下直流输出端
    C.接入学生电源12 V以下交流输出端
    (2)对于实验过程,下列说法正确的是________。
    A.为便于探究,应该采用控制变量法
    B.因为实验所用电压较低,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
    [解析] (1)做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验时,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、B错误,C正确。
    (2)“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中,为便于探究,应该采用控制变量法,故A正确;实验通电时,即使电压不超过12 V,因人的身体素质不同,也存在人身安全问题,因此不能用手接触裸露的导线、接线柱,故B错误;使用多用电表测电压时,先用最大量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量,故C错误。
    [答案] (1)C (2)A
    [例题2] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中:
    (1)为了确保实验的安全,下列做法正确的是( )
    A.为了人身安全,只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12 V
    B.连接好电路后,可不经检查电路是否正确,直接接通电源
    C.因为使用电压较低,通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱
    D.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
    (2)多用电表刻度盘上交流电压的刻度是________(选填“均匀”或“不均匀”)的。
    (3)某实验小组通过实验,记录的数据如表所示。
    通过分析实验数据可得出的实验结论是________________________。
    (4)一次实验中,变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝,测得的电压分别为8.00 V和3.90 V,据此可知电压比与匝数比并不相等,主要原因是________________(至少说出两个原因)。
    [解析] (1)变压器改变的是交流电压,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,A错误。实验通电前,必须要检查电路是否正确;通电时,不要用手接触裸露的导线、接线柱,确保人身安全,B、C错误。使用多用电表测电压时,先用最大量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量,D正确。
    (2)由多用电表的表盘可知,多用电表刻度盘上交流电压的刻度是不均匀的。
    (3)通过分析实验数据可得出实验结论:在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。
    (4)电压比与匝数比并不相等,主要原因是变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等,另外,多用电表的精度与读数误差也是一个影响因素。
    [答案] (1)D (2)不均匀 (3)在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比 (4)有漏磁、铁芯发热
    [例题3] 有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示,它有两个线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同),线圈外部还可以绕线。
    (1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A,B线圈中“0,14”“0,4”的电阻值,指针分别对应图乙中的a,b位置,则A线圈的电阻为________ Ω,由此可推断______(选填“A”或“B”)线圈的总匝数较多。
    (2)如果把它看作理想变压器,现要测量A线圈的总匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源,请完成实验步骤的填空:
    ①用绝缘导线在B线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈;
    ②将________(选填“A”或“B”)全部线圈与低压交流电源相连接;
    ③用多用电表的________挡分别测量A线圈的中“0,14”间的电压UA和绕制线圈的电压U。
    ④则A线圈的总匝数为________。
    [解析] (1)由多用电表知,电阻为24 Ω。根据电阻定律,导线越长,电阻越大,因为A线圈的电阻比B线圈大,所以A线圈总匝数多。
    (2)因为要测量A线圈总匝数,所以要把A线圈与低压交流电源相连接。变压器输入、输出均为交变电流,测电压时要用交流电压挡测输入和输出电压。根据变压器电压比等于匝数比,有eq \f(UA,U)=eq \f(nA,n),所以nA=eq \f(nUA,U)。
    [答案] (1)24 A (2)②A ③交流电压 ④eq \f(nUA,U)
    1.[多选]如图所示,在用可拆变压器做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时,下列说法正确的是( )
    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
    解析:选AD 变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关,因此要用可拆卸的变压器研究,探究线圈电压与匝数的关系采用控制变量法,即先保持原线圈匝数和电压不变,改变副线圈匝数,研究其对副线圈电压的影响,故选项A、D正确;变压器不改变直流电压,选项B错误;原线圈匝数大于副线圈匝数时,副线圈电压小于原线圈电压,选项C错误。
    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,下列器材在实验中不需要用到的有________。
    (2)若在实验中用匝数N1=400匝和N2=800匝的变压器,对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据,下列说法正确的是________。
    A.N1一定是原线圈 B.N2一定是原线圈
    C.N1可能是副线圈D.N2可能是副线圈
    解析:(1)实验中需用交流电源,不需干电池;通过改变原、副线的匝数探究变压器两端的电压与匝数关系,不需要滑动变阻器。
    (2)根据变压器两端的电压与匝数关系eq \f(U1,U2)=eq \f(N1,N2)和表格数据可知,由于变压器有一定的能量损失,所以N2一定为原线圈。
    答案:(1)AC (2)B
    3.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,电源输出端与变压器线圈连接方式正确的是________(选填“甲”或“乙”)。变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝,测得的电压分别为8.2 V和3.6 V,据此可知电压比与匝数比不相等,主要原因是________________。
    解析:变压器是靠电磁感应原理工作的,必须接交流电,故题图乙正确;理想变压器电压与匝数成正比,实际变压器不成正比是由于漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损失造成的。
    答案:乙 漏磁、铁芯发热、导线发热等
    4.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中,某同学利用“教学用可拆变压器”进行探究。
    (1)下列器材中,实验需要的器材是________。
    A.干电池
    B.低压交流电源
    C.220 V交流电源
    D.条形磁铁
    E.可拆变压器和导线
    F.直流电压表
    G.多用电表
    (2)在实验中,该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变,仅减小原线圈的匝数,副线圈两端的电压将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
    解析:(1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中,要用低压交流电源、可拆变压器、导线和多用电表,不需要干电池、220 V交流电源、条形磁铁和直流电压表,故选B、E、G。
    (2)在实验中,该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变,仅减小原线圈的匝数,根据eq \f(U1,U2)=eq \f(n1,n2)可知副线圈两端的电压将增大。
    答案:(1)BEG (2)增大
    5.有一个教学用的可拆变压器,如图所示,它有两个外观基本相同的线圈A和B,线圈外部还可以绕线。
    (1)某同学用多用电表的欧姆挡测量了A、B线圈的电阻值,发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍,则可推断________线圈的匝数多。(选填“A”或“B”)
    (2)如果把它看作理想变压器,现要测量A、B线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一只低压交流电源(输出电压的有效值不变)。
    现采用如下方法进行测量。请补充实验步骤,完成A、B线圈匝数的测量(需要测量的物理量请用字母表示,并说明其含义)。
    ①将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连,顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈;
    ②将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接;
    ③用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U;
    ④________________________________________________________________________;
    ⑤拆除电路并整理器材。
    A、B线圈的匝数nA和nB的表达式为nA=__________,nB=________。
    解析:(1)根据电阻定律,导线越长,电阻越大,因为B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍,即B的电阻比A的大,所以B线圈匝数多。
    (2)由实验步骤知④应为用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1。根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比,有eq \f(U1,U0-U1)=eq \f(nA,n),eq \f(U,U0)=eq \f(nB,nA+n),联立解得A线圈的匝数nA=eq \f(nU1,U0-U1),B线圈的匝数nB=eq \f(nU,U0-U1)。
    答案:(1)B (2)④用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1 eq \f(nU1,U0-U1) eq \f(nU,U0-U1)
    原线圈
    匝数n1
    副线圈
    匝数n2
    原线圈
    电压U1
    副线圈
    电压U2
    eq \f(n1,n2)
    eq \f(U1,U2)
    100
    300
    2 V
    100
    400
    2 V
    300
    400
    4 V
    400
    400
    6 V
    400
    100
    8 V
    400
    100
    4 V
    实验原理及操作
    数据处理与分析
    原线圈匝数n1(匝)
    100
    200
    400
    400
    副线圈匝数n2(匝)
    400
    400
    200
    800
    原线圈两端的电压U1(V)
    1.96
    4.90
    8.00
    4.86
    副线圈两端的电压U2(V)
    7.80
    9.76
    3.90
    9.64
    实验拓展与创新
    实验次数
    电压
    1
    2
    3
    4
    U1/V
    0.90
    1.40
    1.90
    2.40
    U2/V
    2.00
    3.01
    4.02
    5.02
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