高考物理【一轮复习】讲义76　第一十二章　实验探究课十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系课件PPT

这是一份高考物理【一轮复习】讲义76　第一十二章　实验探究课十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系课件PPT，共64页。PPT课件主要包含了实验储备·一览清，实验类型·全突破，实验对点训练十五等内容，欢迎下载使用。
类型1　教材原型实验[典例1]　某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。(1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。A．干电池组 B．学生电源C．多用电表 D．直流电压表E．滑动电阻器 F．条形磁铁G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
(2)下列说法正确的是________(选填字母代号)。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．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数C．测量电压时，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D．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
(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是： _______________________________________________________________________________________。
在误差允许的范围内，原、副线
[解析]　(1)实验中，必须要有学生电源提供交流电，B需要；学生电源本身可以调节电压，不需要使用滑动变阻器，需要用多用电表测量电压，C需要；本实验不需要条形磁铁，用可拆变压器来进行实验，G需要。综上所述，需要的实验器材为B、C、G。
(2)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，故A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B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，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。
[典例2]　某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。
图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表：
请回答下列问题：(1)在图乙中，应将A、B分别与________(选填“a、b”或“c、d”)连接。(2)根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于______________________。
(3)在实验序号为2的测量中，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压________(填正确答案标号)。A．一定小于4.0 VB．一定等于4.0 VC．一定大于4.0 V
类型2　拓展创新实验[典例3]　功放内部的变压器一般为环状，简称环牛。某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系(环牛效率极高，可看成理想变压器，其示意图如图所示)。
(1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n1、n2的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕n＝70匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为U＝24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表2连接在次级线圈(右侧)上，若理想交流电压表1的示数U1＝3.0 V，理想交流电压表2的示数U2＝12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝________。
(4)(多选)导致实验误差的主要原因可能是________。A．变压器的铁芯漏磁B．原线圈所加电压小C．变压器的铁芯产生涡流
(3)由于变压器工作时有能量损失，导致副线圈电压实际值比理论值小，故实验中测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比，即不是理想变压器。(4)变压器的铁芯漏磁，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故A正确；原线圈所加电压小不是导致实验误差的主要原因，故B错误；变压器的铁芯产生涡流，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故C正确。故选AC。
创新点解读　(1)实验原理的创新：设计多个副线圈，多重验证。(2)实验器材的创新：利用功放中环牛的高效率，探究理想变压器的变压比。
[典例4]　(2023·重庆卷)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。如图1为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器RP的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电)。
(1)闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数________(选填 “变大”“不变”或“变小”)。
(2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2 500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图2所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为________(保留3位有效数字)。
(3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1 000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如图3所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图3可知，当频率为1 000 Hz时，R0两端的电压为________ mV；当频率为50 Hz时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为______ Ω的电阻串联。(均保留3位有效数字)
(3)由题图3可知，当频率为1 000 Hz时，R0＝20 Ω对应的电压为270 mV；当频率为50 Hz时，要保证R0两端电压不变，即通过R0的电流不变，可以在题图3上作出电流为13.5 mA的图线，如图所示，该图线与50 Hz的U-R图线的交点横坐标为32.0 Ω，即为R0与其串联电阻的总阻值，故串联电阻的阻值为12.0 Ω。
创新点解读　本题的创新点体现在实验目的上，以研究某变压器的交流电频率对输出电压的影响，替代探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
1．在探究变压器原、副线圈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)(多选)实验还需下列器材中的________；A．电流表B．多用电表C．低压交流电源
(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时，则所接电源电压挡位可能为________。A．18.0 V B．10.0 VC．5.0 V D．2.5 V
2．(1)(多选)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有________。
A　　　 B　　 　　 C　　　　 　D
(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
3．(2024·广东汕头二模)某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
(1)该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法________；A．直流接法 B．交流接法(2)实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数________(选填“变大”“变小”或“不变”)；
(3)在正确组装变压器后，甲、乙、丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈电压U1、原线圈的匝数n1、副线圈的匝数n2的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，则__________(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的实验结果有误；
(4)(多选)小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数nA＝200匝的线圈A作为原线圈，厂家标注匝数nB＝100匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压U1，测得对应的输出电压U2，得到实验数据如表所示；分析下列可能的原因，你认为正确的有________。
A．原、副线圈的电压的频率不相等B．变压器线圈中有电流通过时会发热C．铁芯在交变磁场的作用下会发热D．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量
(4)由题表中数据可知，原、副线圈的匝数比小于原、副线圈中的电压之比，即有电能的损失。变压器不会改变电压的频率，故A错误；根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，线圈多为铜线绕制，俗称铜损，故B正确；铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故C正确；因为铁芯对磁场的约束不严密，有“漏磁”，因此穿过副线圈的磁通量一定小于原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D错误。
4．有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示。它有两个外观基本相同的线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同)，线圈外部还可以再绕线圈。(1)某同学用多用电表的“×1”电阻挡先后测量了A、B线圈的电阻值，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”)线圈的匝数较多。
(2)如果把该变压器看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长绝缘导线，一只多用电表和低压交流电源。请完成以下实验步骤：①用绝缘导线在线圈B上绕制n匝线圈；②将A线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的“交流电压”挡分别测量A线圈的输入电压UA和________(选填“绕制”或“B”)线圈的输出电压U；④则A线圈的匝数为________(用已知和测得量的符号表示)。
5．(2024·北京朝阳区质检)某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。(1)该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端，并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压，得到的实验数据如下表所示。
根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，_________________________________________。(2)该同学利用(1)中第2组数据对应的原、副线圈中的副线圈给一标有“3.8 V　0.3 A”字样的小灯泡供电，发现小灯泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为3.00 V，并不是8.36 V，其原因主要是________________________________________。
副线圈的电压比等于匝数比
副线圈有电阻，分得了一部分电压
(3)(多选)可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成的。如图甲所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小灯泡。第一次，缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合；第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条，重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是________。
A．第二次实验中小灯泡更亮些B．用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块更容易发热C．无论用普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流
(4)如图乙所示的电路中，电压为U0的交流电源通过阻值为R0的定值电阻与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2。若保持U0不变，将可变电阻R的阻值增大，则流经原线圈的电流______(选填“增大”“减小”或“不变”)；当可变电阻R的阻值为___________(用n1、n2和R0表示)时，可变电阻R的功率最大。
[解析]　(1)根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。(2)副线圈有电阻，会分得一定电压，导致副线圈输出电压即小灯泡两端电压小于开路电压。
(3)铁芯横条与普通铁块都是导磁材料，铁芯闭合后，减小了漏磁，产生的感应电动势增大，小灯泡变亮。变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计可以减小涡流，提高变压器的效率，用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块由于涡流更容易发热，变压器效率低一些，故第一次实验中小灯泡更亮些，A错误，B正确；无论用普通铁块还是用铁芯横条，副线圈中都是交变电流，流经小灯泡的电流均为交变电流，C正确。
6．某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的________值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图所示，其对应的选择开关指在交流电压10 V挡，则此时电表读数为________。
(2)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是________。
A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制
(3)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为铁芯横档的硅钢片应按照下列哪种方法设计________。
A　 　　B　　 　C　 　　D
(3)由于变压器工作时在铁芯中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯中不产生较大的涡流。画出铁芯横档如图所示，根据磁场的分布规律可知，变压器铁芯中磁感线均平行于平面adhe，产生的涡流所在平面均垂直于平面adhe，则要减小涡流，又不影响铁芯中磁场分布，硅钢片应平行于平面abfe或adhe，又因为硅钢片很重，且粘合成块，若平行于平面abfe，则易变形，故硅钢片只能平行于平面adhe放置，故选D。