人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE2課時(shí)2實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗學(xué)會(huì)探究在變壓器輸入電壓一定時(shí)，副線圈上的電壓與線圈匝數(shù)之間的關(guān)系．一、實(shí)驗(yàn)思路交變電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，其兩端有輸出電壓．線圈匝數(shù)不同時(shí)輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．二、實(shí)驗(yàn)器材多用電表、可拆變壓器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干(如圖1所示)圖1三、物理量的測量1．保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響．實(shí)物接線如圖2所示．圖2表格一U1＝5V，n1＝400匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n2/匝U2/V(1)選擇n1＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上．(2)將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V，如圖甲所示．(3)將多用電表與副線圈n2＝200匝的接線柱相連接，如圖乙所示．讀出副線圈兩端的電壓U2.(4)將n2、U2、n1、U1記錄在表格一中．(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不變．將多用電表與副線圈n2＝800匝的接線柱相連接，如圖丙所示，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果記錄到表格一中．(6)保持n1＝400匝，U1＝5V不變．將多用電表與副線圈n2＝1400匝的接線柱相連接，如圖丁所示，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果記錄到表格一中．2．保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)n1對(duì)副線圈電壓U2的影響．表格二U1＝5V，n2＝400匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n1/匝U2/V(1)將1中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈．(2)選擇n2＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上．(3)將選擇開關(guān)撥至5V擋．(4)將多用電表與副線圈n2＝400匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2.(5)將n2、U2、n1、U1記錄在表格二中．(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線先后與原線圈n1＝800匝和n1＝1400匝的接線柱相連接，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果記錄到表格二中．(7)拆除實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材．四、數(shù)據(jù)分析與結(jié)論分析表格一和表格二中記錄的數(shù)據(jù)，可得以下結(jié)論：1．當(dāng)原線圈電壓、原線圈匝數(shù)不變時(shí)，副線圈電壓與副線圈匝數(shù)成正比．當(dāng)原線圈電壓、副線圈匝數(shù)不變時(shí)，副線圈電壓與原線圈匝數(shù)成反比．2．原、副線圈的電壓之比eq\f(U1,U2)等于匝數(shù)之比eq\f(n1,n2).五、注意事項(xiàng)1．為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時(shí)也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱．2．為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，先用最大量程擋試測，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量．一、實(shí)驗(yàn)原理與操作(多選)如圖3所示，在用可拆變壓器“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是()圖3A．用可拆變壓器，能方便地從不同接線柱上選取不同匝數(shù)的線圈B．測量原、副線圈的電壓，可用“測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中的直流電壓表C．原線圈接0、8接線柱，副線圈接0、4接線柱時(shí)，副線圈電壓大于原線圈電壓D．為便于探究，先保持原線圈匝數(shù)和電壓不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究其對(duì)副線圈電壓的影響〖答案〗AD〖解析〗變壓器的輸出電壓跟輸入電壓以及原、副線圈匝數(shù)之比都有關(guān)，因此需要用可拆變壓器研究，選項(xiàng)A、D正確．變壓器只對(duì)交流電壓有作用，故不能用直流電壓表測量原、副線圈的電壓，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．根據(jù)輸入、輸出電壓之比等于原、副線圈匝數(shù)之比可知，原線圈接0、8接線柱，副線圈接0、4接線柱時(shí)，副線圈電壓小于原線圈電壓，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．二、探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系如果把一個(gè)可拆變壓器看成理想變壓器，兩個(gè)線圈分別為A、B，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源，請(qǐng)簡要敘述實(shí)驗(yàn)步驟(寫出要測的物理量，并用字母表示)：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.A線圈的匝數(shù)為nA＝____________.(用所測物理量符號(hào)表示)〖答案〗見〖解析〗〖解析〗①用長導(dǎo)線繞一個(gè)n匝線圈，作為副線圈替代A線圈．②把低壓交流電源接B線圈，用多用電表交流電壓擋測得繞制的線圈的輸出電壓U.③用A線圈換下繞制的線圈，用多用電表交流電壓擋測得A線圈的輸出電壓UA.nA＝eq\f(UA,U)n.為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)．必須要選用的是________．A．有閉合鐵芯的原、副線圈B．無鐵芯的原、副線圈C．交流電源D．直流電源E．多用電表(交流電壓擋)F．多用電表(交流電流擋)用匝數(shù)na＝60匝和nb＝120匝的變壓器，實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)如下表，Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的線圈是________(選填“na”或“nb”)．〖答案〗ACEnb〖解析〗為了完成實(shí)驗(yàn)，需要使用交流電源變壓，故選用多用電表的交流電壓擋．為了讓變壓效果明顯，需要帶閉合鐵芯的原、副線圈．由于存在漏磁，所以副線圈測量電壓值應(yīng)該小于理論變壓值，即nb為輸入端，na為輸出端．1．如圖4所示是“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)示意圖，a線圈接交流電源，b線圈接交流電壓表，在實(shí)驗(yàn)過程中()圖4A．只增加b線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大B．只增加a線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大C．同時(shí)增加a、b兩線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大D．只改變a線圈兩端的電壓，電壓表的示數(shù)不變〖答案〗A〖解析〗電壓表示數(shù)設(shè)為Ub，交流電源電壓設(shè)為Ua，則eq\f(Ub,Ua)＝eq\f(nb,na)，所以只增加nb，Ub一定增大，A正確；而只增加na，Ub一定減小，B錯(cuò)誤；na、nb都增加，Ub不一定增大，C錯(cuò)誤；只改變Ua，Ub一定改變，D錯(cuò)誤．2．在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室中備有下列可供選擇的器材：A．可拆變壓器(鐵芯、兩個(gè)已知匝數(shù)的線圈)B．條形磁體C．直流電源D．多用電表E．開關(guān)、導(dǎo)線若干上述器材在本實(shí)驗(yàn)中不必用到的是________(填器材前的序號(hào))，本實(shí)驗(yàn)中還需用到的器材有______________．〖答案〗BC低壓交流電源〖解析〗探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，需要知道原、副線圈的匝數(shù)，可拆變壓器就能滿足條件，故A必用到．變壓器的原理是互感現(xiàn)象，是原線圈磁場的變化引起副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，所以不需要外界的磁場，故B不必用到．如果原線圈中接的是直流電源，則副線圈中不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生，故C不必用到，需要用到低壓交流電源．探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，需要測電壓，所以需要一個(gè)測電壓的儀器，故D必用到．做電學(xué)實(shí)驗(yàn)，需要用到開關(guān)、導(dǎo)線，故E必用到．3．有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器，如圖5甲所示，它有兩個(gè)外觀基本相同的線圈A、B，線圈外部還可以繞線．圖5(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對(duì)應(yīng)圖乙中的a、b位置，由此可推斷________(選填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)較多．(2)該實(shí)驗(yàn)中輸入端所接電源最適合的是________．A．220V交流電源 B．12V以內(nèi)低壓直流電源C．36V安全電壓 D．12V以內(nèi)低壓交流電源〖答案〗(1)A(2)D〖解析〗(1)匝數(shù)多的導(dǎo)線橫截面積小，長度大，故電阻大，A線圈電阻大，故A線圈匝數(shù)較多．(2)為保證學(xué)生安全，應(yīng)用12V以內(nèi)低壓交流電源．4．理想變壓器是指在變壓器變壓的過程中，線圈和鐵芯不損耗能量、磁場被束縛在鐵芯內(nèi)不外漏的變壓器．現(xiàn)有一個(gè)理想變壓器、一個(gè)原線圈(匝數(shù)為n1)和一個(gè)副線圈(匝數(shù)為n2)．甲、乙兩位同學(xué)想探究這個(gè)理想變壓器的原、副線圈兩端的電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系．(1)甲同學(xué)的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同學(xué)的猜想是U1∶U2＝n2∶n1.你認(rèn)為猜想合理的同學(xué)是________，你做出上述判斷所依據(jù)的物理規(guī)律是________________．(2)為了驗(yàn)證理論推導(dǎo)的正確性，可以通過實(shí)驗(yàn)來探究．為保證實(shí)驗(yàn)安全、有效地進(jìn)行，應(yīng)選用________電源．(3)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，若采用多用電表進(jìn)行測量，應(yīng)先將選擇開關(guān)置于________擋，并選用________量程進(jìn)行試測，大致確定被測數(shù)據(jù)后，再先用適當(dāng)?shù)牧砍踢M(jìn)行測量．〖答案〗(1)甲法拉第電磁感應(yīng)定律(2)低壓(一般低于12V)交流(3)交流電壓最大〖解析〗(1)由變壓器的工作原理可知，猜想合理的同學(xué)是甲同學(xué)．做出上述判斷依據(jù)的物理規(guī)律是法拉第電磁感應(yīng)定律．(2)為了保證實(shí)驗(yàn)安全、有效地進(jìn)行，應(yīng)選用低壓(一般低于12V)交流電源．(3)使用多用電表時(shí)，應(yīng)先將選擇開關(guān)置于交流電壓擋，并先用最大量程進(jìn)行試測．課時(shí)2實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗學(xué)會(huì)探究在變壓器輸入電壓一定時(shí)，副線圈上的電壓與線圈匝數(shù)之間的關(guān)系．一、實(shí)驗(yàn)思路交變電流通過原線圈時(shí)在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，其兩端有輸出電壓．線圈匝數(shù)不同時(shí)輸出電壓不同，實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．二、實(shí)驗(yàn)器材多用電表、可拆變壓器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干(如圖1所示)圖1三、物理量的測量1．保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響．實(shí)物接線如圖2所示．圖2表格一U1＝5V，n1＝400匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n2/匝U2/V(1)選擇n1＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上．(2)將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V，如圖甲所示．(3)將多用電表與副線圈n2＝200匝的接線柱相連接，如圖乙所示．讀出副線圈兩端的電壓U2.(4)將n2、U2、n1、U1記錄在表格一中．(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不變．將多用電表與副線圈n2＝800匝的接線柱相連接，如圖丙所示，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果記錄到表格一中．(6)保持n1＝400匝，U1＝5V不變．將多用電表與副線圈n2＝1400匝的接線柱相連接，如圖丁所示，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果記錄到表格一中．2．保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)n1對(duì)副線圈電壓U2的影響．表格二U1＝5V，n2＝400匝實(shí)驗(yàn)次數(shù)123n1/匝U2/V(1)將1中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈．(2)選擇n2＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上．(3)將選擇開關(guān)撥至5V擋．(4)將多用電表與副線圈n2＝400匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2.(5)將n2、U2、n1、U1記錄在表格二中．(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線先后與原線圈n1＝800匝和n1＝1400匝的接線柱相連接，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果記錄到表格二中．(7)拆除實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材．四、數(shù)據(jù)分析與結(jié)論分析表格一和表格二中記錄的數(shù)據(jù)，可得以下結(jié)論：1．當(dāng)原線圈電壓、原線圈匝數(shù)不變時(shí)，副線圈電壓與副線圈匝數(shù)成正比．當(dāng)原線圈電壓、副線圈匝數(shù)不變時(shí)，副線圈電壓與原線圈匝數(shù)成反比．2．原、副線圈的電壓之比eq\f(U1,U2)等于匝數(shù)之比eq\f(n1,n2).五、注意事項(xiàng)1．為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時(shí)也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱．2．為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，先用最大量程擋試測，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量．一、實(shí)驗(yàn)原理與操作(多選)如圖3所示，在用可拆變壓器“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是()圖3A．用可拆變壓器，能方便地從不同接線柱上選取不同匝數(shù)的線圈B．測量原、副線圈的電壓，可用“測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中的直流電壓表C．原線圈接0、8接線柱，副線圈接0、4接線柱時(shí)，副線圈電壓大于原線圈電壓D．為便于探究，先保持原線圈匝數(shù)和電壓不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究其對(duì)副線圈電壓的影響〖答案〗AD〖解析〗變壓器的輸出電壓跟輸入電壓以及原、副線圈匝數(shù)之比都有關(guān)，因此需要用可拆變壓器研究，選項(xiàng)A、D正確．變壓器只對(duì)交流電壓有作用，故不能用直流電壓表測量原、副線圈的電壓，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．根據(jù)輸入、輸出電壓之比等于原、副線圈匝數(shù)之比可知，原線圈接0、8接線柱，副線圈接0、4接線柱時(shí)，副線圈電壓小于原線圈電壓，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．二、探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系如果把一個(gè)可拆變壓器看成理想變壓器，兩個(gè)線圈分別為A、B，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源，請(qǐng)簡要敘述實(shí)驗(yàn)步驟(寫出要測的物理量，并用字母表示)：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.A線圈的匝數(shù)為nA＝____________.(用所測物理量符號(hào)表示)〖答案〗見〖解析〗〖解析〗①用長導(dǎo)線繞一個(gè)n匝線圈，作為副線圈替代A線圈．②把低壓交流電源接B線圈，用多用電表交流電壓擋測得繞制的線圈的輸出電壓U.③用A線圈換下繞制的線圈，用多用電表交流電壓擋測得A線圈的輸出電壓UA.nA＝eq\f(UA,U)n.為完成“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)．必須要選用的是________．A．有閉合鐵芯的原、副線圈B．無鐵芯的原、副線圈C．交流電源D．直流電源E．多用電表(交流電壓擋)F．多用電表(交流電流擋)用匝數(shù)na＝60匝和nb＝120匝的變壓器，實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)如下表，Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的線圈是________(選填“na”或“nb”)．〖答案〗ACEnb〖解析〗為了完成實(shí)驗(yàn)，需要使用交流電源變壓，故選用多用電表的交流電壓擋．為了讓變壓效果明顯，需要帶閉合鐵芯的原、副線圈．由于存在漏磁，所以副線圈測量電壓值應(yīng)該小于理論變壓值，即nb為輸入端，na為輸出端．1．如圖4所示是“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)示意圖，a線圈接交流電源，b線圈接交流電壓表，在實(shí)驗(yàn)過程中()圖4A．只增加b線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大B．只增加a線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大C．同時(shí)增加a、b兩線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大D．只改變a線圈兩端的電壓，電壓表的示數(shù)不變〖答案〗A〖解析〗電壓表示數(shù)設(shè)為Ub，交流電源電壓設(shè)為Ua，則eq\f(Ub,Ua)＝eq\f(nb,na)，所以只增加nb，Ub一定增大，A正確；而只增加na，Ub一定減小，B錯(cuò)誤；na、nb都增加，Ub不一定增大，C錯(cuò)誤；只改變Ua，Ub一定改變，D錯(cuò)誤．2．在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室中備有下列可供選擇的器材：A．可拆變壓器(鐵芯、兩個(gè)已知匝數(shù)的線圈)B．條形磁體C．直流電源D．多用電表E．開關(guān)、導(dǎo)線若干上述器材在本實(shí)驗(yàn)中不必用到的是________(填器材前的序號(hào))，本實(shí)驗(yàn)中還需用到的器材有______________．〖答案〗BC低壓交流電源〖解析〗探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，需要知道原、副線圈的匝數(shù)，可拆變壓器就能滿足條件，故A必用到．變壓器的原理是互感現(xiàn)象，是原線圈磁場的變化引起副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，所以不需要外界的磁場，故B不必用到．如果原線圈中接的是直流電源，則副線圈中不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生，故C不必用到，需要用到低壓交流電源．探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，需要測電壓，所以需要一個(gè)測電壓的儀器，故D必用到．做電學(xué)實(shí)驗(yàn)，需要用到開關(guān)、導(dǎo)線，故E必用到．3．有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器，如圖5甲所示，它有兩個(gè)外觀基本相同的線圈A、B，線圈外部還可以繞線．圖5(1)某同學(xué)用一多用電表的同一