实验十六：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系课件-2027年高考物理一轮复习（全国通用）

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[学习目标]　1．会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。2．体会控制变量法，了解实验误差的产生原因。
实验基础 · 要点通关
实验探究 · 创新突破
类型1　教材原型实验[典例1]　在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。(1)下列器材中，实验需要的器材是________。(填字母)A．干电池B．低压交流电源C．220 V交流电源
D．条形磁体E．可拆变压器和导线F．直流电压表G．多用电表
(2)关于实验操作，下列说法正确的是______。(填字母)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 VB．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
[解析]　(1)“探究变压器电压与线圈匝数的关系”的实验，需要学生电源来提供低压交流电，交流电压表来测量电压，同时还需要可拆变压器和导线，故选B、E、G。(2)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正确；实验通电时，用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联进电路中，导致所测数据不准确，且存在人身安全隐患，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。
[典例2]　某研究性学习小组的同学想用220 V交流电源作为某小型电器的电源。他先制作了一个交流变直流的整流器，但是这个整流器需要用6 V的交流电源，于是他又添置了一台“220 V/6 V”的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。
(1)他不知道如何接线，也没有相应的说明书。你觉得正确的接法是a、d端接________(选填“220 V”或“6 V”)。(2)这台“220 V/6 V”的理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是________匝。
(3)为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数na＝80匝和nb＝160匝的一个变压器重新接在一可调电压的交流电源上，测量结果记录如下，则接电源的是______(选填“na”或“nb”)。
(3)理想变压器可忽略变压器的损耗，但是一些小型的变压器不能忽略这些损耗，所以变压器副线圈两端的电压要小于理论值，结合题表中的数据可知接电源的应该是匝数多的线圈，所以接电源的是nb。
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V1接在细铜线两端；然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为U1＝24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表V2连接在次级线圈(右侧)上，若理想交流电压表V1的示数U＝3.0 V，理想交流电压表V2的示数U2＝12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝________。
(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。(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]　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L1两端与线圈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。