2021届山东新高考物理一轮复习讲义：第11章实验15　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

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．如图所示变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈就存在输出电压。

2．本实验通过与副线圈相连接的多用电表，观察原线圈电压变化时，副线圈的输出电压的变化；通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。

三、实验器材

可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、多用电表、低压交流电源、导线若干。

四、实验步骤

1．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．把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。

3．用交流电压表测量输入、输出电压。

4．改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压。

5．改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压。

五、数据处理

1．分析实验数据记录表：

2.实验结果分析及得出结论：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：＝。

六、误差分析

1．由于漏磁，通过原、副线圈的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。

七、注意事项

1．要事先推测副线圈两端电压的可能值。

2．为了人身安全，只能使用低压交流电压，所用电压不要超过12 V，即使这样，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。

3．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。

仪器选取与操作

1．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。

(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

G．多用电表

(2)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

(1)BEG　(2)A　[(1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是学生电源，提供低压交流电，同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线，故选B、E、G；(2)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，用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联电路中，导致所测数据不准确，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。]

2．(2017·4月浙江选考)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)

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        (选填“na”或“nb”)。

ACE　nb　[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，不需要直流电源；因为需要测量电压，所以需要多用电表(交流电压挡)。故需要的仪器有闭合铁芯的原副线圈、交流电源、多用电表(交流电压挡)；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，因此变压器有漏磁，铁芯发热、导线发热等影响，判断出Ub为原线圈上的电压大小，则由此可知nb接的是电源。]

实验原理与注意事项

1．理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器有一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。

(1)甲同学的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2＝n2∶n1。你认为猜想合理的同学是        ，你做出上述判断所依据的物理规律是                                         。

(2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究，为保证实验安全、有效地进行，应选用        电源。

(3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于        挡，并选用        量程进行测试，大致确定被测数据后，再选用适当的量程进行测量。

[解析](1)由变压器的工作原理可知：猜想合理的同学是甲同学。做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。

(2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12 V)交流电源。

(3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用较大(或最大)量程进行测试。

[答案](1)甲　法拉第电磁感应定律

(2)低压(一般低于12 V)交流

(3)交流电压　较大(或最大)

2．(1)某学生选用匝数可调的可拆变压器来做探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验时，原线圈接在学生电源上，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．原线圈接交流电压，电表用直流电压挡

D．原线圈接交流电压，电表用交流电压挡

(2)该学生继续做实验，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时采用的实验方法是控制变量法。

[解析](1)副线圈上的感应电动势是通过两个线圈间的互感现象产生的，所以原线圈上的电流应该是变化的，应为交变电流，电压为交流电压。副线圈上的感应电流(感应电动势)也是交流，D正确。

(2)根据变压比公式＝：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。

[答案](1)D　(2)增大　减小

实验数据处理

1.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为直流的整流器，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)他不知道如何接法，也没有相应的说明书。你能帮他判断正确的接法是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。

[解析](1)因为理想变压器的输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，由公式R＝ρ知，引线要粗，故a、d接6 V。

(2)根据变压器工作原理知：＝，若理想变压器接6 V的线圈匝数是300匝，则接220 V的线圈匝数是11 000匝。

[答案](1)6 V　(2)11 000

2．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”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)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，当U′1＝8 V时，U′2＝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        。

[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，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。故合理的顺序是①③②④。

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

[答案](1)①③②④　(2)＝