实验实验1616探究变压器原、副线圈探究变压器原、副线圈电压电压 与与匝数的关系匝数的关系第十二章第十二章强基础强基础 增分策略增分策略一、实验目的一、实验目的探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。二、实验思路二、实验思路1.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。互感原理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。3.用控制变量法研究。若铁芯不漏磁,则原、副线圈磁通量时刻相同 三、实验器材三、实验器材可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈),多用电表,低压交流电源等。电压不高于12 V四、注意事项四、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12V。(2)为了多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程试测。增素能增素能 精准突破精准突破考点一考点一教材原型教材原型实验典例1.(1)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。(多选,填正确答案标号)A.干电池B.低压交流电源C.滑动变阻器D.交流电表(2)若在实验中用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可能是原线圈D.N2可能是副线圈实验次数1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02答案(1)AC(2)B解析(1)探究变压器的电压与匝数的关系要用低压交流电源和交流电表,所以不需要干电池和滑动变阻器,故选A、C。(2)表格中每组数据都可以看出匝数之比近似等于电压之比,但有一定的能量损失,故N2一定是原线圈,故选B。考点二考点二实验的改的改进与与创新新典例2.功放内部的变压器一般为环状,简称环牛(环牛效率极高,可看成理想变压器),某同学探究变压器输出电压与输入电压间的关系,并测量原、副线圈匝数。实验器材有一个输出电压可调的交流和直流两用稳压电源、多用电表、绝缘漆包线、可拆的环牛变压器。实验步骤:用漆包线在环牛铁芯上绕30匝,将绕制的线圈两端的绝缘漆刮去;将稳压电源电压调至U2,变压器副线圈接电源,用多用电表测量新绕制线圈两端电压U3;多次改变接到副线圈的电源电压U2,重复步骤,得到多组U2、U3数据,记录在表格中;作出U2-U3图像,图像为过原点的直线,求得图像的斜率为5.0;将多用电源电压调至18V,接到原线圈两端,此时多用电表测得副线圈两端电压为4.5V。(1)实验中线圈接电源时应接电源的(选填“交流”或“直流”)输出端,多用电表测量电压时应将选择开关拨到(选填“直流电压”或“交流电压”)挡。(2)由实验得到的U2-U3图像可知,变压器中输出电压与输入电压成(选填“正比”或“反比”)关系。(3)该变压器原线圈有匝。答案(1)交流交流电压(2)正比(3)600解析(1)实验要探究变压器电压与匝数关系,用到交流电源,因此线圈两端要接到电源的交流输出端;测量电压时多用电表应将选择开关拨到交流电压挡。(2)由U2-U3图像可知,变压器输出电压与输入电压成正比。练思维练思维 迁移运用迁移运用1.(2023广东湛江期末)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。乙甲(1)某同学用多用电表的同一欧姆挡先后测量了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。(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:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源,请完成以下实验步骤:用绝缘导线在线圈B上绕制n匝线圈;将A线圈与低压交流电源相连接;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;则A线圈的匝数为(用已知和测得量的符号表示)。解析(1)多用电表欧姆挡读数=指针指示值倍率。指针读数为24,倍率为“1”,所以电阻为24。(2)因为要测量A线圈匝数,所以要把A线圈与低压交流电源相连接。变压器输入、输出电压都是交变电流,所以要用交流电压挡测绕制线圈的输出电压U。2.(2023北京丰台高三模拟)利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系:(1)除图中所示器材外,还需要的器材有。A.干电池B.低压交流电源C.直流电压表D.多用电表(2)下列说法正确的是。A.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B.变压器工作时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”能量的作用C.理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同D.变压器副线圈上不接负载时,原线圈两端电压为零答案(1)BD(2)BC(3)大于解析(1)实验中若用干电池,变压器不能互感变压,必须要有低压交流电源提供交变电流,B需要;需要用多用电表测量电压,D需要;综上所述需要的实验器材为B、D。(2)变压器是通过互感工作,而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈,故A错误;变压器工作时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”能量的作用,故B正确;理想变压器的原、副线圈通过铁芯共用同一个磁场,则两线圈的磁通量总是相同,磁通量的变化率也相同,故C正确;变压器的原线圈两端电压由发电机提供,则副线圈上不接负载时,原线圈两端的电压不变,故D错误。(3)根据变压器原理可知原、副线圈两端电压之比等于原、副线圈匝数之比,实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损,导致变压器的铁芯损失一部分磁通量,所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值,所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。3.(2023重庆江津七校联考)实验室有一个可拆变压器,如图甲、乙所示,小明对它进行了实验探究:(1)观察变压器的铁芯,它的结构和材料是;A.整块硅钢铁芯B.整块不锈钢铁芯C.绝缘的铜片叠成D.绝缘的硅钢片叠成(2)实验过程中,变压器的原、副线圈选择不同的匝数,利用多用电表测量相应电压,记录如表,由数据可知N1一定是(选填“原”或“副”)线圈的匝数;N1/匝100100200200N2/匝200400400800U1/V2.11.955.222.35U2/V4.288.0010.609.64(3)某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上,如图丙所示。原线圈接学生电源的交流输出端,副线圈接小灯泡。下列说法正确的是。A.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B.若仅增加原线圈绕制的圈数,小灯泡的亮度将增加C.若仅增加副线圈绕制的圈数,学生电源的过载指示灯可能会亮起D.与变压器未通电时相比较,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力答案(1)D(2)副(3)CD解析(1)为减小涡流的产生而损耗能量,变压器的铁芯采用绝缘的硅钢片叠成,故D正确,A、B、C错误。(2)该变压器为非理想变压器,存在漏磁的原因,所以副线圈测量电压应小于理论变压值,根据表格中数据可知N1为输入端副线圈的匝数。(3)变压的工作原理是电磁感应现象,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,不是铁芯导电传输电能,故A错误;若仅增加原线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压减小,小灯泡的功率减小,小灯泡的亮度将变暗,故B错误;若仅增加副线圈绕制的圈数,根据变压比可知,输出电压变大,根据欧姆定律可知,输出电流增大,根据变流比可知,输入电流增大,学生电源的过载指示灯可能会亮起,故C正确;变压器通电后会产生磁场,从而对变压器上端的横条铁芯有吸引作用,则与变压器未通电时相比较,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,故D正确。