實驗十六探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過實驗探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，體會控制變量法。2.會處理實驗數(shù)據(jù)，了解實驗誤差的來源。原理與器材實驗操作注意事項1.實驗原理(1)實驗電路圖(如圖所示)：(2)實驗方法采用控制變量法①n1、U1一定，研究n2和U2的關(guān)系。②n2、U1一定，研究n1和U2的關(guān)系。2.實驗器材學(xué)生電源(低壓交流電源，小于12V)1個、可拆變壓器1個、多用電表1個、導(dǎo)線若干。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對副線圈電壓U2的影響。(1)估計被測電壓的大致范圍，選擇多用電表交流電壓擋適當(dāng)量程，若不知道被測電壓的大致范圍，則應(yīng)選擇交流電壓擋的最大量程進行測量。(2)組裝可拆變壓器：把兩個線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯，用交流電壓擋測量輸入、輸出電壓。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)對副線圈電壓的影響，重復(fù)(1)中步驟。1.在改變學(xué)生電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開電源開關(guān)，再進行操作。2.為了人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12V，通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱。3.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，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量。實驗數(shù)據(jù)：由實驗數(shù)據(jù)分析變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2之比的關(guān)系。實驗結(jié)論：原、副線圈的電壓比等于原、副線圈的匝數(shù)比。例1某實驗小組用如圖1所示電路探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”，圖中變壓器為可拆變壓器。圖1實驗提供的器材有(1)電源應(yīng)選________，測量電壓應(yīng)選________(均選填字母代號)。(2)若用匝數(shù)N1＝100匝和N2＝200匝的變壓器做實驗，在原線圈N1的兩端分別加上2V、4V、6V和8V的電壓，測量出副線圈兩端的相應(yīng)的電壓，記錄在下面的表格中。表格中第2次實驗，副線圈上電壓的示數(shù)如圖2所示，電壓量程為0～10V交流電壓擋，讀數(shù)為________，并計算出此次實驗U1∶U2＝________。圖2實驗次數(shù)1234U1/V2468U2/V3.911.815.7eq\f(U1,U2)1∶1.951∶1.971∶1.96(3)實驗可得結(jié)論__________________________________________________________________________________________________________________________。(4)導(dǎo)致實驗誤差的原因可能是________。A.原線圈所加電壓小B.變壓器的鐵芯漏磁C.變壓器的鐵芯產(chǎn)生渦流答案(1)BD(2)7.801∶1.95(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，理想變壓器的原線圈與副線圈的電壓之比等于線圈匝數(shù)之比(4)BC解析(1)實驗需要提供交流電源，干電池只能提供直流電源，所以電源應(yīng)選學(xué)生電源。實驗中要測量的是交流電壓，故不能選直流電壓表，只能選用多用電表。(2)電壓量程為0～10V交流電壓擋，交流電壓讀數(shù)為7.80V，則此次實驗中U1∶U2＝1∶1.95。(3)原、副線圈匝數(shù)之比為eq\f(N1,N2)＝eq\f(1,2)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可得，在誤差允許的范圍內(nèi)，理想變壓器的原線圈與副線圈的電壓之比等于線圈匝數(shù)之比。(4)原線圈輸入電壓大小不會影響電壓比和匝數(shù)比，故A錯誤；變壓器的鐵芯漏磁使得能量損耗，從而導(dǎo)致電壓比與匝數(shù)比有差別，故B正確；變壓器的鐵芯產(chǎn)生渦流使得能量損耗，從而會導(dǎo)致電壓比與匝數(shù)比有差別，故C正確。例2(1)為探究變壓器兩個線圈的電壓與匝數(shù)關(guān)系，張明同學(xué)設(shè)計了如圖3所示的實驗電路，操作步驟如下：圖3A.將原線圈與副線圈對調(diào)，重復(fù)以上步驟；B.將匝數(shù)較多的一組線圈接到學(xué)生電源的交流電源輸出端上，另一個作為副線圈，接上小燈泡；C.閉合電源開關(guān)，用多用電表的交流電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓；D.將兩個線圈套到可拆變器的鐵芯上；①以上操作的合理順序是________(填步驟前的字母代號)；②在實驗中，當(dāng)原線圈匝數(shù)n1＝1600匝，副線圈匝數(shù)n2＝400匝時，若原線圈兩端電壓為8V，則副線圈兩端電壓為2V；原、副線圈對調(diào)后，原線圈兩端電壓為3V，副線圈兩端電壓為12V，那么可初步確定，變壓器原、副線圈的電壓U1、U2與原、副線圈匝數(shù)n1、n2的關(guān)系是________(填寫字母關(guān)系式)。③本實驗要通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，實驗中需要運用的科學(xué)方法是________。A.控制變量法B.等效替代法C.整體隔離法(2)另一個同學(xué)在做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗時，忘記把圖4甲中的變壓器鐵芯A組裝到變壓器鐵芯B上，組裝后的變壓器如圖4乙所示，在鐵芯上的原、副線圈匝數(shù)分別為n1＝1000匝和n2＝500匝，原線圈兩端與u＝10eq\r(2)sin(100πt)V的交流電源相連，則副線圈兩端電壓的有效值可能是________。圖4A.10eq\r(2)V B.1VC.5V D.10V答案(1)①DBCA②eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)③A(2)B解析(1)①在探究變壓器兩個線圈的電壓與匝數(shù)關(guān)系實驗中，操作的合理順序應(yīng)該是DBCA。②根據(jù)題中所給數(shù)據(jù)可得eq\f(1600,400)＝eq\f(8,2)，eq\f(400,1600)＝eq\f(3,12)，由此可知，變壓器原、副線圈的電壓U1、U2與原、副線圈匝數(shù)n1、n2的關(guān)系是eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。③本實驗要通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，實驗中需要運用的科學(xué)方法是控制變量法，故A正確。(2)原線圈兩端與u＝10eq\r(2)sin(100πt)V的交流電源相連，則原線圈電壓的有效值為U1＝eq\f(Um,\r(2))＝10V，在不考慮漏磁的情況下，有eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，可得U2＝5V，由于沒有將鐵芯正常組裝，則副線圈兩端的有效值會比計算值更小，故A、C、D錯誤，B正確。1.有一個教學(xué)用的可拆變壓器，其鐵芯粗細(xì)一致，如圖5甲所示。它有兩個外觀基本相同的線圈A、B(內(nèi)部導(dǎo)線電阻率、橫截面積相同)，線圈外部還可以再繞線圈。(1)某同學(xué)用多用電表的“×1”歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對應(yīng)圖乙中的a、b位置，則A線圈的電阻為________Ω，由此可推斷____________(選填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)較多。甲乙圖5(2)如果把該變壓器看作理想變壓器，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長絕緣導(dǎo)線，一只多用電表和低壓交流電源。請完成以下實驗步驟：①用絕緣導(dǎo)線在線圈B上繞制n匝線圈；②將A線圈與低壓交流電源相連接；③用多用電表的“交流電壓”擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和________(選填“繞制”或“B”)線圈的輸出電壓U；④則A線圈的匝數(shù)為________(用已知和測得量的符號表示)。答案(1)24A(2)③繞制④eq\f(UA,U)n解析(1)多用電表歐姆擋讀數(shù)＝指針指示值×倍率。a的讀數(shù)為24，倍率為“×1”，所以A線圈的電阻為24Ω。根據(jù)電阻定律，導(dǎo)線越長，電阻越大，因為A的電阻比B大，所以A線圈匝數(shù)多。(2)③因為要測量A線圈匝數(shù)，所以要把A線圈與低壓交流電源相連接。變壓器輸入、輸出電壓都是交變電壓，所以要用交流電壓擋測繞制線圈的輸出電壓U。④根據(jù)變壓器電壓比等于匝數(shù)比，有eq\f(UA,U)＝eq\f(nA,n)，所以nA＝eq\f(UA,U)n。2.小華同學(xué)做了探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系的實驗，請回答以下問題：(1)本實驗中需要測量電壓，則在如圖6所示的器材中，應(yīng)________。圖6A.選甲圖中的器材 B.選乙圖中的器材C.都可以選 D.都不能選(2)小華在做本實驗時，選擇的原線圈為100匝，副線圈為200匝；他將原線圈接入學(xué)生電源中的交流電壓“6V”擋位，用合適的電表測量出副線圈的電壓為13V，則下列敘述可能符合實際情況的一項是________。A.變壓器的鐵芯沒有閉合B.電壓的測量出了問題C.副線圈實際匝數(shù)與標(biāo)注的“200”不符，應(yīng)該小于200匝D.學(xué)生電源實際輸出電壓大于標(biāo)注的“6V”(3)用匝數(shù)na＝100匝和nb＝200匝的變壓器，實驗測量數(shù)據(jù)如下表。U1/V1.602.503.704.60U2/V3.705.307.609.70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(1)A(2)D(3)nb解析(1)由題圖可知，甲圖是多用電表，而乙圖是電壓表，實驗需要測量交流電壓，因此選用甲圖器材，故A正確，B、C、D錯誤。(2)根據(jù)理想變壓器的原、副線圈的電壓與其匝數(shù)關(guān)系eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，若變壓器的鐵芯沒有閉合，則得出副線圈的電壓小于12V，A錯誤；若是電壓的測量出了問題，應(yīng)該是小于12V，不應(yīng)該大于12V，B錯誤；副線圈實際匝數(shù)與標(biāo)注的“200”不符，若小于200匝，由以上公式可知，副線圈的電壓小于12V，C錯誤；若學(xué)生電源實際輸出電壓大于標(biāo)注的“6V”，由以上公式可知，副線圈的電壓可能為13V，D正確。(3)根據(jù)題意，電壓比與匝數(shù)比不相等，可知該變壓器為非理想變壓器，考慮到變壓器有漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱等因素影響，判斷出U2為原線圈上電壓大小，則接電源的是nb。1.(2024·重慶高三月考)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，某同學(xué)利用可拆變壓器來進行探究?？刹鹱儔浩髂芊奖愕貜牟煌泳€柱上選取不同匝數(shù)的線圈。(1)為了保證實驗?zāi)軌虬踩M行，下列說法正確的是________。A.實驗中選取的電源為低壓直流電源，電壓不超過12VB.因為電源為低壓電源，通電時可以用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱C.連接好線路后可以先直接接通電路，根據(jù)電路的反應(yīng)來確認(rèn)電路是否連接正確或者排查電路故障D.為了保護交流電壓表，測電壓時先用最大量程擋試測(2)在測量交流電源的電壓時，用儀器測量的電壓是交流電壓的________(填“瞬時”“有效”或“最大”)值。(3)在該同學(xué)的實驗報告中，已知電源連接的線圈匝數(shù)記錄為n1匝，電源電壓為U1。我們看到數(shù)據(jù)表格中某一列缺失的實驗數(shù)據(jù)可能為________。第k次實驗n1/匝n2/匝U1/VU2/V34002008.00A.4.00 B.3.95C.4.02答案(1)D(2)有效(3)B解析(1)實驗中選取電源為低壓交流電源，故A錯誤；即使電源為低壓電源，通電時也不可以用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱，故B錯誤；連接好線路后要檢查電路正確連接才可以通電，故C錯誤；為了保護交流電壓表，測電壓時先用最大量程擋試測，故D正確。(2)交流電壓表測量的是交流電壓的有效值。(3)若為理想變壓器，則有eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，解得U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(200,400)×8.00V＝4.00V，由于實際中變壓器有銅損和鐵損，變壓器副線圈處所測量的電壓會小于理論值。故選B。2.一個教學(xué)用的簡易變壓器，兩線圈的匝數(shù)未知，某同學(xué)想用所學(xué)變壓器的知識測定兩線圈的匝數(shù)。(1)為完成該實驗，除了選用電壓表、導(dǎo)線外，還需要選用低壓________(填“直流”或“交流”)電源。(2)該同學(xué)在變壓器鐵芯上繞10匝絕緣金屬導(dǎo)線C，然后將簡易變壓器的A、B兩線圈依次接電源，用電壓表分別測出線圈A、線圈B及線圈C兩端的電壓，記錄在下面的表格中，則線圈A的匝數(shù)為________匝，線圈B的匝數(shù)為________匝。A線圈電壓B線圈電壓C線圈電壓8.0V3.8V0.2V(3)為減小線圈匝數(shù)的測量誤差，你認(rèn)為繞制線圈C的匝數(shù)應(yīng)該________(填“多一些”“少一些”)更好。答案(1)交流(2)400190(3)多一些解析(1)需要選用低壓交流電源。(2)根據(jù)變壓器原理有eq\f(nA,nC)＝eq\f(UA,UC)解得nA＝eq\f(UA,UC)nC＝400匝同理有eq\f(nB,nC)＝eq\f(UB,UC)解得nB＝eq\f(UB,UC)nC＝190匝。(3)根據(jù)eq\f(nA,nC)＝eq\f(UA,UC)，可知C的匝數(shù)越多，C的電壓示數(shù)越大，測量更準(zhǔn)確，故線圈C的匝數(shù)應(yīng)該多一些。3.(1)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，下列器材在實驗中不必用到的有________。(2)若在實驗中用匝數(shù)N1＝400匝和N2＝800匝的變壓器，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)，下列說法正確的是________。實驗次數(shù)1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02A.N1一定是原線圈 B.N2一定是原線圈C.N1可能是副線圈 D.N2可能是副線圈答案(1)AC(2)B解析(1)該實驗要用低壓交流電源和交流電表，所以不需要干電池和滑動變阻器。故選A、C。(2)已知N1＝400匝和N2＝800匝，表格中每組數(shù)據(jù)都可以看出電壓之比eq\f(U1,U2)<eq\f(N1,N2)＝eq\f(1,2)，由此可知此變壓器不是理想變壓器，原因是漏磁從而導(dǎo)致匝數(shù)比變大，N2一定是原線圈，N1一定是副線圈，故選B。4.在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，李輝同學(xué)采用了如圖1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匝”的匝數(shù)。圖1(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.條形磁鐵C.多用電表D.直流電源E.開關(guān)、導(dǎo)線若干上述器材在本實驗中不需要的有________(填器材序號)，本實驗中還需用到的器材有________。(2)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，當(dāng)副線圈所接電表的示數(shù)為4.0V，若變壓器是理想變壓器，則原線圈的電壓應(yīng)為________。A.12.0VB.10.0VC.8.0VD.2.0VE.2.5V(3)