高考物理一轮复习实验课课件15探究变压器原副线圈电压与匝数的关系(含解析)

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一、实验目的探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系。二、实验器材可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干。三、实验原理电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于交变电流的大小、方向在不断地变化,铁芯中的磁场强弱和方向也在不断地变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流。
四、实验操作1.按图示电路连接电路。
2.保持原线圈匝数n1不变,副线圈的匝数n2逐渐增多,观察小灯泡亮度情况。3.保持副线圈的匝数n2不变,原线圈的匝数n1逐渐增多,观察小灯泡亮度情况。
4.原线圈接6 V低压交流电源,保持原线圈匝数n1不变,改变副线圈匝数n2,用多用电表交流电压挡测出副线圈两端的电压,记入表格,重复三次。5.原线圈接6 V低压交流电源,保持副线圈匝数n2不变,改变原线圈匝数n1,用多用电表交流电压挡测出副线圈两端的电压,记入表格,重复三次。
五、实验现象小灯泡的亮度如下表所示。
1.当原线圈匝数不变时,副线圈的匝数越多小灯泡越亮;当副线圈的匝数不变时,原线圈的匝数越多小灯泡越暗。
2.将不同的原线圈接入线路测出线圈当中的电压填入下表:
六、数据处理1.小灯泡越亮,表明其两端的电压越大;小灯泡越暗,表明其两端的电压越小。
七、实验结论在误差范围内,变压器原、副线圈两端与匝数成正比,数学表达式为
八、注意事项1.连接好电路后,同组同学分别独立检查,然后由老师确认,电路连接无误后,才能接通电源。2.注意人身安全。只能用低压交流电源,电源电压不能超过12 V。3.使用多用电表交流电压挡测电压时,先用最大量程测试,然后再用适当的挡位进行测量。九、误差分析1.线圈绕组的电阻有铜损现象。2.变压器铁芯内有漏磁。3.铁芯中有发热现象。
实验原理例1如图甲所示,在用可拆变压器探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的实验中:
(1)若多用电表的转换开关及学生低压电源的面板如图甲所示,则多用电表的转换开关转到的位置和变压器原线圈应连接到学生电压电源的哪两个接线柱　　　。 A.转到位置a,接左边两个接线柱(标有“+”“-”)B.转到位置b,接左边两个接线柱(标有“+”“-”)C.转到位置a,接右边两个接线柱(标有“-”)D.转到位置b,接右边两个接线柱(标有“-”)(2)如图乙所示实验中,下列说法正确的是　　　。 A.实验用控制变量法,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,可用多用电表中的直流电压表C.原线圈接0、4接线柱,副线圈接0、8接线柱,副线圈电压约为原线圈电压的2倍D.若没有铁芯,变压器的输入电压与输出电压之比还是等于原副线圈匝数之比
实验过程及误差分析例2(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)用匝数na=60匝和nb=120匝的变压器,实验测量数据如表:
根据测量数据可判断连接电源的线圈是　　　(选填“na”或“nb”)。
(2)用如图甲所示的装置做探究感应电流方向的规律实验,磁体从靠近线圈的上方静止下落,当磁体运动到如图所示的位置时,流过线圈的感应电流方向从　　　(选填“a到b”或“b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中,传感器显示的电流i随时间t的图像(图乙)应该是　　　。 
解析 (1)如果原线圈中通的是直流电流,则副线圈中不会有感应电流产生。题意为探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。需要测量电压U,所以需要一个测电压的仪器,为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原副线圈,故正确的选项为A、C、E。由于有漏磁,所以副线圈测量电压应该小于理论变压值,即nb为输入端,na为输出端。(2)磁体从靠近线圈的上方静止下落,当磁体运动到如题图所示的位置时,依据楞次定律,感应磁场方向向下,根据螺旋定则,则感应电流方向盘旋而上,即流过线圈的感应电流方向为“b到a”;当磁体完全进入线圈内时,穿过线圈的磁通量不变,不会产生感应电流,则磁体会加速运动,当到达线圈底部时,磁通量变化率大于磁体进入线圈时位置,依据法拉第电磁感应定律,则到达底部的感应电流较大,再由楞次定律可知,进与出的感应电流方向相反,故A正确,B、C、D错误。答案 (1)ACE　nb　(2)b到a　A
实验探究拓展——变压器电压与匝数关系的实际应用生活中我们要用到各种各样的变压器,不管哪一种变压器,其工作原理都是电磁感应的互感问题。假若是理想变压器,则满足关系 ;假若是非理想变压器,由于存在铜损和铁损,副线圈输出的电压往往小于上式所求得的电压U2。根据以上结论,可以对变压器进行相关分析判断。
例3(2018·浙江东阳期中)东阳中学创新班同学想用220 V交流作为小型收录机的电源。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ad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电源上,测量结果记录如下,则接电源的是　　　　(选填“Na”或“Nb”)。