2024屆高考物理復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

第4講實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、基本原理與操作1．原理裝置圖2．操作要領(lǐng)安裝按照原理裝置圖安裝實(shí)驗(yàn)儀器，其中多用電表選擇交流電壓擋操作測量原、副線圈的電壓，并記錄原、副線圈的匝數(shù)列表把測得的原、副線圈的電壓和匝數(shù)記錄到表中，分析電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)核心關(guān)鍵點(diǎn)1．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)控制變量法：①保持n1、U1不變，改變n2的值，記錄n2、U2的大小；②保持U1、n2不變，改變n1的值，記錄n1、U2的大小。(2)列表分析：把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中，研究測量的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)n1、n2之比。2．注意事項(xiàng)(1)要事先推測副線圈兩端電壓的可能值。(2)為了人身安全，只能使用低壓交流電壓，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時(shí)不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。(3)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。(4)連接電路后要由同組的幾位同學(xué)分別獨(dú)立檢查，然后請老師確認(rèn)，只有這時(shí)才能接通電源。3．誤差分析(1)由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。(2)原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)造成誤差。(3)鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流造成誤差?？疾辄c(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．物理研究課上，同學(xué)們用可拆變壓器“探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”?？刹鹱儔浩魅鐖D甲、乙所示：(1)下列說法正確的是________；A．為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)B．變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“直流電壓擋”C．可以先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響D．測量副線圈電壓時(shí)，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量E．變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈F．變壓器開始正常工作后，若不計(jì)各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用(2)如圖丙所示，某同學(xué)自己繞制了兩個(gè)線圈套在可拆變壓器的鐵芯上。原線圈接學(xué)生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡。下列說法正確的是________。A．與變壓器未通電時(shí)相比較，此時(shí)若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力B．若僅增加原線圈繞制的圈數(shù)，小燈泡的亮度將保持不變C．若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，學(xué)生電源的過載指示燈可能會(huì)亮起解析：(1)為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求副線圈匝數(shù)小于原線圈匝數(shù)，使得次級電壓較小，故A錯(cuò)誤；變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“交流電壓擋”測量，故B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用控制變量法，先保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，故C正確；測量副線圈電壓時(shí)，先用最大量程試測，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量，防止燒壞電壓表，故D正確；變壓器開始正常工作后，若不計(jì)各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場能的作用，故E錯(cuò)誤，F(xiàn)正確。(2)變壓器線圈通電會(huì)產(chǎn)生磁場，而變壓器上端的橫條相當(dāng)于磁鐵，下端對橫條有吸引力作用，因此與變壓器未通電時(shí)相比較，此時(shí)若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費(fèi)力，故A正確；僅增加原線圈匝數(shù)，副線圈兩端電壓將減小，小燈泡亮度將變暗，故B錯(cuò)誤；若僅增加副線圈繞制的圈數(shù)，副線圈兩端電壓增大，小燈泡消耗的功率變大，學(xué)生電源輸出的功率變大，有可能會(huì)使學(xué)生電源的過載指示燈亮起，故C正確。答案：(1)CDF(2)AC2．有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器，其鐵心粗細(xì)一致，如圖所示，它有兩個(gè)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)用多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對應(yīng)圖中的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。(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(shí)驗(yàn)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)。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”，所以電阻為24Ω。根據(jù)電阻定律，導(dǎo)線越長，電阻越大，因?yàn)锳的電阻比B大，所以A線圈匝數(shù)多。(2)③因?yàn)橐獪y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、輸出電壓都是交流電，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。答案：(1)24A(2)③繞制④eq\f(UA,U)n3.在探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，小李同學(xué)采用了如圖所示的可拆式變壓器(鐵芯不閉合)進(jìn)行研究。(1)實(shí)驗(yàn)還需下列器材中的________；(2)實(shí)驗(yàn)中，上圖中變壓器的原線圈接“0、8”接線柱，副線圈接線“0、4”接線柱，當(dāng)副線圈所接電表的示數(shù)為5.0V，則所接電源電壓擋位可能為________。A．18.0V B．10.0VC．5.0V D．2.5V解析：(1)本實(shí)驗(yàn)中，變壓器的原線圈應(yīng)接在交流電源上；為了知道原、副線圈的電壓比和線圈匝數(shù)比之間的關(guān)系，還需要用交流電壓表。故學(xué)生電源和交流電壓表兩個(gè)器材不能缺少。(2)理想變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系為eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)；若變壓器的原線圈接“0、8”接線柱，副線圈接線“0、4”接線柱，則原、副線圈匝數(shù)比為eq\f(n1,n2)＝2，則原線圈兩端電壓U1＝eq\f(n1,n2)U2＝10V；本題中可拆變壓器并非理想變壓器，存在漏磁現(xiàn)象，要使副線圈所接電壓表示數(shù)為5V，則原線圈電壓必須大于10V，故選A。答案：(1)BC(2)A考查點(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析4．一個(gè)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(shí)測定兩線圈的匝數(shù)。(1)為完成該實(shí)驗(yàn)，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。解析：(1)需要選用低壓交流電，才能產(chǎn)生交變的磁場。(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。答案：(1)交流(2)400190(3)多一些5．(2022·廣州模擬)(1)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，下列器材在實(shí)驗(yàn)中不必用到的有________。(2)若在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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可能是副線圈解析：(1