物理选择性必修 第二册3 变压器学案

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物理观念
1.知道变压器的构造。
科学思维
1.理解互感现象,理解变压器的工作原理。
2.理解理想变压器原、副线圈中电压比及电流比与匝数比的关系,能应用这些关系来解决基本问题。
科学探究
1.通过实验探究变压器原、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、实验方案
交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场,副线圈中产生感应电动势,其两端有输出电压。线圈匝数不同时,输出电压不同,实验通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压与匝数的关系。
三、实验思路
交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系．
四、实验器材
多用电表、可拆变压器、学生电源、开关、导线若干(如图1所示)
图1
五、物理量的测量
1．保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．实物接线如图2所示．
图2
表格一 U1＝5 V，n1＝400匝
(1)选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上．
(2)将选择开关调至使原线圈两端电压为5 V，如图甲所示．
(3)将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示．读出副线圈两端的电压U2.
(4)将n2、U2、n1、U1记录在表格一中．
(5)保持n1＝400匝，U1＝5 V不变．将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中．
(6)保持n1＝400匝，U1＝5 V不变．将多用电表与副线圈n2＝1 400匝的接线柱相连接，如图丁所示，重复上述实验，将结果记录到表格一中．
2．保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响．
表格二 U1＝5 V，n2＝400匝
(1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈．
(2)选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上．
(3)将选择开关拨至5 V挡．
(4)将多用电表与副线圈n2＝400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.
(5)将n2、U2、n1、U1记录在表格二中．
(6)保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线先后与原线圈n1＝800匝和n1＝1 400匝的接线柱相连接，重复上述实验，将结果记录到表格二中．
(7)拆除实验线路，整理好实验器材．
五、数据分析与结论
分析表格一和表格二中记录的数据，可得以下结论：
1．当原线圈电压、原线圈匝数不变时，副线圈电压与副线圈匝数成正比．当原线圈电压、副线圈匝数不变时，副线圈电压与原线圈匝数成反比．
2．原、副线圈的电压之比eq \f(U1,U2)等于匝数之比eq \f(n1,n2).
六、注意事项
1．为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱．
2．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，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量．
一、实验原理与操作
例1 (多选)如图3所示，在用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，下列说法正确的是( )
图3
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“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表
C．原线圈接0、8接线柱，副线圈接0、4接线柱时，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
针对训练1 为完成探究变压器原、副线圈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(交变电流挡)
用na=60匝和nb=120匝的变压器进行实验,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”)。
二、探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
例2 （2023春•如皋市校级月考）利用如图所示的可拆变压器可以探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．为了保证人身安全，可以用4～6节干电池作为电源
B．使用电压表测电压时，要先用最小量程挡试测
C．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
D．由于漏磁，实际测得变压器原、副线圈的电压比会比原、副线圈的匝数比略大
例3 （2023春•青岛期中）在实验室中探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系时，同学们发现了以下几个问题，并展开了讨论。
（1）观察变压器的铁芯，发现它的结构和材料是 ；
A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的硅钢片叠成
（2）观察原副线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 （填“多”或“少”）；
（3）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是 ；
A．控制变量法 B．等效替代法 C．整体隔离法
（4）实验中将电源接在原线圈两个接线柱之间，调整原副线圈的匝数之比为2：3，用电压表测得副线圈的两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为 ；
A．1.8V B．2.0V C．2.2V
1.(实验原理)如图所示是探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验示意图,a线圈接交流电源,b线圈接交流电压表,在实验过程中( )
A.只增加b线圈的匝数,电压表的示数一定增大
B.只增加a线圈的匝数,电压表的示数一定增大
C.同时增加a、b两线圈的匝数,电压表的示数一定增大
D.只改变a线圈两端的电压,电压表的示数不变
2.(实验数据分析与结论)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、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 量程进行试测,大致确定被测数据后,再选用适当的量程进行测量。
3.(实验器材与数据分析)在探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系的实验中:
(1)除变压器外,实验时需要的仪器为图中的 填选项字母)。
(2)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3.80 V,发现电压比与匝数比并不相等,主要原因是 (至少写出两点)。
4.(实验原理与步骤)一个教学用的简易变压器,两线圈的匝数未知,某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。
(1)为完成该实验,除了选用电压表、导线外,还需要选用低压 (选填“直流”或“交流”)电源。
(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线圈C,然后将简易变压器的A、B两线圈依次接电源,用电压表分别测出线圈A、线圈B及线圈C两端的电压,记录在下面的表格中,则线圈A的匝数为 ,线圈B的匝数为 。
实验次数
1
2
3
n2/匝
U2/V
实验次数
1
2
3
n1/匝
U2/V
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
线圈A电压
线圈B电压
线圈C电压
8.0 V
3.8 V
0.2 V