第三章交變電流3.變壓器第1課時實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系學習目標1.知道變壓器的構(gòu)造。(物理觀念)2.了解互感現(xiàn)象,理解變壓器的工作原理。(科學思維)3.通過實驗探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。(科學探究)4.理解理想變壓器原、副線圈電壓比及電流比與匝數(shù)比的關(guān)系,能應(yīng)用這些關(guān)系來解決基本問題。(科學思維)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、實驗?zāi)康奶骄孔儔浩髟?、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。二、實驗方案交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場,副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,其兩端有輸出電壓。線圈匝數(shù)不同時,輸出電壓不同,實驗通過改變原、副線圈匝數(shù),探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。三、實驗器材多用電表、可拆變壓器、學生電源、開關(guān)、導線若干(如圖1所示)。圖11.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,研究副線圈的匝數(shù)n2對副線圈電壓U2的影響。實物接線如圖2所示。圖2表格一

U1=5V,n1=400實驗次數(shù)123n2

U2/V

(1)原線圈選擇匝數(shù)n1=400,用導線將變壓器原線圈接在學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)將多用電表的兩表筆與匝數(shù)n2=200的副線圈的接線柱相連接,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,U1=5V不變。將多用電表的兩表筆與匝數(shù)n2=800的副線圈的接線柱相連接,如圖丙所示,重復上述實驗,將結(jié)果記錄到表格一中。(6)保持n1=400,U1=5V不變。將多用電表的兩表筆與匝數(shù)n2=1400的副線圈的接線柱相連接,如圖丁所示,重復上述實驗,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對副線圈電壓U2的影響。表格二U1=5V,n2=400實驗次數(shù)123n1

U2/V

(1)將1中的原線圈作為副線圈,副線圈作為原線圈。(2)副線圈選擇匝數(shù)n2=400,用導線將變壓器匝數(shù)n1=200的原線圈的接線柱與學生電源的交流輸出接線柱連接。(3)將選擇開關(guān)撥至5V擋。(4)將多用電表的兩表筆與匝數(shù)n2=400的副線圈的接線柱相連接,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,U1=5V不變,將連接電源的兩根導線先后與匝數(shù)為800和1400的原線圈的接線柱相連接,重復上述實驗,將結(jié)果記錄到表格二中。(7)拆除實驗線路,整理好實驗器材。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.當原線圈電壓、原線圈匝數(shù)不變時,副線圈電壓與副線圈匝數(shù)成正比。當原線圈電壓、副線圈匝數(shù)不變時,副線圈電壓與原線圈匝數(shù)成反比。五、注意事項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,通電時也不要用手接觸裸露的導線、接線柱。2.為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測電壓時,先用最大量程擋試測,大致確定電壓后再選擇適當?shù)膿跷贿M行測量。易錯辨析(1)實際生活中,不存在原線圈與副線圈匝數(shù)相等的變壓器。(

)√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升典例剖析【例題】

(2025福建寧德高二期末)在探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系的實驗中,實驗室采用了如圖所示的可拆式變壓器進行研究。(1)為了完成該實驗,已選用多用電表,還需選擇的器材是

;

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AC(2)對于實驗過程,下列說法正確的是

;

A.變壓器原線圈可接入220V的家庭電路B.變壓器副線圈不接負載時,副線圈兩端仍有電壓C.實驗中測電壓的儀器是多用電表,且選擇開關(guān)置于直流電壓擋(3)已知實驗中所用到的變壓器兩組線圈的匝數(shù)分別為Na=400和Nb=800,有關(guān)測量數(shù)據(jù)如下表:Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98根據(jù)表中數(shù)據(jù)可得到的實驗結(jié)論:

。

B見解析

對點演練A(2025江蘇蘇州高二期末)探究變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系的部分實驗裝置如圖所示。(1)將學生電源電壓擋調(diào)到8V,與可拆變壓器原線圈上的“0”和“400”兩接線柱相連,請完成圖中電路連線;現(xiàn)要使副線圈獲得低于8V的電壓,多用電表的兩表筆應(yīng)分別接副線圈的“0”和“

”兩接線柱。

A.200

B.800

C.1400(2)完成連線后,進行測量時發(fā)現(xiàn)副線圈電壓測量值明顯小于理論值,形成這種現(xiàn)象的不當操作可能是

。

鐵芯松動未擰緊解析

(1)連接電路如圖所示。變壓器的原線圈輸入電壓為8

V,匝數(shù)為400匝,需要副線圈輸出電壓低于8

V,則副線圈選擇200匝。故選A。(2)變壓器副線圈輸出電壓總比理論值小,可能的原因有漏磁,可能是鐵芯松動未擰緊。學以致用·隨堂檢測全達標123ADE1.(實驗操作和數(shù)據(jù)分析)(2025四川綿陽高二期中)在探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系實驗中,某同學采用了圖甲所示的可拆式變壓器進行研究,圖中各接線柱對應(yīng)的數(shù)字表示倍率為“×100”的匝數(shù)。(1)本實驗中,實驗室有下列器材:A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)B.條形磁體C.直流電源D.多用電表E.開關(guān)、導線若干上述器材在本實驗中需要的有

(填器材序號),本實驗中還需要用到的器材有

。

甲

低壓交流電源123BD(2)對于實驗過程,下列說法正確的有

。

A.變壓器的原線圈接低壓交流電源,測量副線圈電壓時應(yīng)當用多用電表的“直流電壓擋”B.為便于探究,應(yīng)該采用控制變量法C.因為實驗所用電壓較低,通電時可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路D.使用多用電表測電壓時,先用最大量程試測,再選用適當?shù)膿跷贿M行測量(3)實驗中,電源接變壓器原線圈“0”“8”接線柱,副線圈接“0”“4”接線柱,副線圈所接電表的示數(shù)為5.0V,若變壓器是理想變壓器,則原線圈兩端的電壓應(yīng)為

。

A.18.0V

B.5.0V C.10.0V D.2.5VC123A(4)組裝變壓器時,該同學沒有將鐵芯閉合,如圖乙所示,原線圈接12.0V的學生電源,原、副線圈的匝數(shù)比為8∶1,副線圈兩端接交流電壓表,則交流電壓表的實際讀數(shù)可能是

。

A.0.65V B.96.0VC.1.5V D.0乙

123解析

(1)在探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系實驗中,使用的是交變電流,所以需要可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈),磁場是利用了電流的磁效應(yīng),所以不需要條形磁體,需要多用電表測電壓、開關(guān)、導線若干。故選ADE。本實驗中還需要用到的器材是低壓交流電源。(2)為便于探究,應(yīng)該采用控制變量法,所以B正確;變壓器的原線圈接低壓交流電源,測量副線圈電壓時應(yīng)當用多用電表的“交流電壓擋”,所以A錯誤;使用多用電表測電壓時,先用最大量程試測,再選用適當?shù)膿跷贿M行測量,所以D正確;雖然實驗所用電壓較低,但是通電時不可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路,這樣可減小實驗誤差,同時避免發(fā)生危險,所以C錯誤。123

1232.(實驗原理和數(shù)據(jù)分析)做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗。(1)下列給出的實驗器材中,本實驗需要用到的有

。(填字母)

BD123(2)下列說法正確的是

。(填字母)

A.變壓器工作時副線圈電流的頻率與原線圈的不相同B.實驗中要通過改變原、副線圈的匝數(shù),探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系,需要運用的科學方法是控制變量法C.為了人身安全,實驗中只能使用低壓直流電源,電壓不要超過12VB123(3)由于交變電流的電壓是變化的,所以實驗中測量的是電壓的_________

(選填“平均”“有效”或“最大”)值;某次實驗操作,所接交流電壓表的表盤如圖所示(交流電壓表的量程為0~15V),則此時交流電壓表的讀數(shù)為

V。

有效5.5123(4)若用匝數(shù)N1=400和N2=800的變壓器做實驗,對應(yīng)的電壓測量數(shù)據(jù)如表所示。根據(jù)測量數(shù)據(jù),則N1一定是

(選填“原”或“副”)線圈的匝數(shù)。

實驗次數(shù)1234U11.92.93.84.8U24.06.08.010.0副123解析

(1)變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象,電源應(yīng)該選用學生電源提供的交流電壓,干電池只能提供直流電壓,故A錯誤,B正確;直流電壓表不能測量交流電壓,故C錯誤;教學用可拆變壓器,該實驗需要,故D正確。(2)變壓器工作時副線圈電流的頻率與原線圈的相同,故A錯誤;實驗中要通過改變原、副線圈的匝數(shù),探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系,需要運用的科學方法是控制變量法,B正確;為了人身安全,實驗中只能使用低壓交流電源,電壓不要超過12

V。而用直流電源變壓器不能工作,故C錯誤。123(3)由于交變電流的電壓是變化的,實驗中測量的是電壓的有效值。量程為0~15

V的交流電壓表分度值為0.5

V,此時交流電壓表的讀數(shù)為5.5

V。1233.(實驗數(shù)據(jù)分析的創(chuàng)新)(2025廣東江門高二期末)如圖甲所示,實驗室內(nèi)有一變壓器,匝數(shù)標記位置模糊不清,但結(jié)構(gòu)和功能是完好的,某同學利用該變壓器進行匝數(shù)的探究實驗,M、N是原線圈的兩個接線柱,P、Q是副線圈的兩個接線柱。(1)實驗室有下列器材:A.變壓器B.開關(guān)