2022年高考物理总复习第一部分常考考点复习指导 实验十六探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

- 1 - 实验十六 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验目的和器材 实验原理

实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 1.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.实验电路图

3.实验方法采用控制变量法 (1)在输入电压和n1一定时,研究n2和U2的关系; (2)在输入电压和n2一定时,研究n1和U2的关系。

实验器材

学生电源(低压交流电小于12 V)1个、可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、多用电表(交流电压挡)1个、导线若干。

1．保持原线圈的匝数n1＝400匝和电压U1＝5 V不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。 (1)选择原线圈的匝数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，将选择开关调至使原线圈两端电压为5 V。将多用电表与原线圈n1＝400匝的接线柱相连接，检查原线圈的电压是否为5 V，如图甲。 提醒：使用前要机械调零，然后选交流电压的合适挡位进行测量

表格一 U1＝5 V，n1＝400匝 实验次数 1 2 3 n2/匝 - 2 -

U2/V (2)将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙，读出副线圈两端的电压U2。将n2、U2的数值记录在表格一中。 (3)将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙，读出副线圈两端的电压U2。将n2、U2的数值记录在表格一中。 (4)将多用电表与副线圈n2＝1 400匝的接线柱相连接，如图丁，读出副线圈两端的电压U2。将n2、U2的数值记录在表格一中。 2．保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。 表格二 U1＝5 V，n2＝400匝 实验次数 1 2 3 n1/匝 U2/V (1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈。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。 (2)将选择开关拨至5 V挡。 (3)将多用电表与原线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。将n1、U2的数值记录在表格二中。 (4)保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。将n1、U2的数值记录在表格二中。 (5)保持n2＝400匝，U1＝5 V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1 400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。将n1、U2的数值记录在表格二中。 (6)拆除实验线路，整理好实验器材。

分析表格一和表格二数据可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。

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。 - 3 -

4．多用电表的读数存在误差。 (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源，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。 (4)连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，然后请老师确认，只有这样才能接通电源。 (5)在改变学生电源、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。

热点一 教材原型实验 【典例1】在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。

(1)观察变压器的铁芯，它的结构和材料是：__________；(填字母) 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)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数__________(选填“多”或“少”)； (3)以下给出的器材中，本实验需要用到的是________；(填字母)

(4)为了人体安全，低压交流电源的电压不要超过__________(填字母)； A.2 V B．12 V C．50 V (5)实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可能为__________(填字母)； A.1.5 V B．6.0 V C．7.0 V (6)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 - 4 -

要运用的科学方法是__________。(填字母) A.控制变量法 B．等效替代法

C.整体隔离法

【解析】(1)观察变压器的铁芯，它是由绝缘的硅钢片叠成，选项D正确。 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据n1I1＝n2I2可知，匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少； (3)实验中需要交流电源和交流电压表(万用表)，不需要干电池和直流电压表，选项B、D正确。 (4)为了人体安全，低压交流电源的电压不要超过12 V，选项B正确。

(5)若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系：U1U2 ＝n1n2 ，若变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱，副线圈接“0”和“4”两个接线柱，可知原、副线圈的匝数比为2∶1，副线圈的电压为3 V，则原线圈的电压为U1＝2×3 V＝6 V，考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于6 V，可能为7 V，选项C正确。 (6)实验中需要运用的科学方法是控制变量法，选项A正确。 答案：(1)D (2)少 (3)B、D (4)B (5)C (6)A 热点二 创新型实验 角度1 不变目的，变装置 【典例2】长沙一中创新班某同学想用220 V交流电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，也没有相应的说明书。你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 - 5 -

的一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如表，则接电源的是__________(选填“Na”或“Nb”)。 Ua/V 1.80 2.80 3.80 Ub/V 4.00 6.01 8.02 【解析】(1)因为变压器输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P＝UI 可以知道，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，故副线圈电线电阻要小，由公式R

＝ρlS ，故引线要粗，故a、d接6 V；

(2)根据变压器工作原理知U1U2 ＝N1N2 ，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； (3)根据变压器工作原理知U1U2 ＝N1N2 ，本题采用的是降压变压器，所以接电源的应该是匝数多的线圈，所以接电源的是Nb。 答案：(1)6 V (2)11 000 (3)Nb 创新解读 本题没有采用课本中的可拆变压器，而是采用实际生活中收录机内部的变压器，但仍能达到探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的目的，更能体现出学以致用、贴近生活的效果。 角度2 变装置、变目的 【典例3】各种功放内部存在环状变压器，简称环牛，如图所示。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)

(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50匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为24.0 V的低压交流电压，再将理想交流电压表2连接在次级线圈(右侧)上。若理想交流电压表1的示数为2.0 V，理想交流电压表2的示数为12.0 V，则初级线圈的匝数n1＝__________匝，次级线圈的匝数n2＝__________匝。 (2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u＝2202 sin100πt(V)的交变电压，则理想交流电压表1的示数为__________V(计算结果保留三位有效数字)。 - 6 -

【解析】(1)在闭合铁芯上紧密缠绕n＝50匝漆包细铜线，并将理想交流电压表接在两端；在匝数为n1的原线圈上输入24 V低压交流电压，即U1＝24 V；理想交流电压表1示数为2.0 V，

即U＝2.0 V，根据UU1 ＝nn1 ，可得n1＝600匝。理想交流电压表2示数为12 V，即U2＝12 V，

根据U2U1 ＝n2n1 得n2＝300匝。 (2)若匝数为n1的线圈两端的接线柱接入的交变电压瞬时值表达式为u＝2202 sin100πt(V)，即U1＝220 V，由UU1 ＝nn1 ，可得理想交流电压表1的示数U＝18.3 V。 答案：(1)600 300 (2)18.3 创新解读 本题不仅改变实验装置，而且还改变了实验目的，属于一道创新型实验题。从可拆变压器变为环状变压器，从探究电压与匝数之间的关系变为利用电压比关系求解相关问题，综合性较强。