2022-2023學(xué)年高二物理舉一反三系列（人教版選擇性必修第二冊(cè)）專題3.6 探究變壓器的實(shí)驗(yàn)（解析版）

專題3.6探究變壓器的實(shí)驗(yàn)【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1實(shí)驗(yàn)原理與操作】 【題型2數(shù)據(jù)處理與誤差分析】 【題型1實(shí)驗(yàn)原理與操作】【例1】(1)某同學(xué)在做“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，用學(xué)生電源提供給圖甲所示變壓器原線圈的電壓為5V，用演示電表交流50V擋測(cè)量副線圈電壓時(shí)示數(shù)如圖乙所示，則變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比可能是__________；A.5∶8 B.5∶16C.1∶14 D.1∶8(2)街頭見(jiàn)到的變壓器是降壓變壓器，假設(shè)它只有一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈，__________(填寫(xiě)“原線圈”或“副線圈”)應(yīng)該使用較粗的導(dǎo)線。答案(1)D(2)副線圈解析(1)根據(jù)電壓表讀數(shù)的方法可知，該變壓器的輸出電壓為40V，所以變壓器的原副線圈匝數(shù)之比eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(5,40)＝eq\f(1,8)，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。(2)理想變壓器的電壓與匝數(shù)成正比，當(dāng)只有一個(gè)副線圈的時(shí)候，電流與匝數(shù)成反比，街頭用電的變壓器是降壓變壓器，可知副線圈的匝數(shù)比原線圈的匝數(shù)少，副線圈的電流較大，應(yīng)該使用較粗的導(dǎo)線?！咀兪?-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(shuō)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(cè)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(duì)副線圈電壓的影響D．測(cè)量副線圈電壓時(shí)，先用最大量程試測(cè)，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量E．變壓器開(kāi)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(kāi)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(chǎng)能，在副線圈上將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場(chǎng)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(shuō)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(guò)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(jí)電壓較小，故A錯(cuò)誤；變壓器的原線圈接低壓交流電，測(cè)量副線圈電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)用多用電表的“交流電壓擋”測(cè)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(duì)副線圈電壓的影響，故C正確；測(cè)量副線圈電壓時(shí)，先用最大量程試測(cè)，大致確定電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量，防止燒壞電壓表，故D正確；變壓器開(kāi)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(chǎng)能，在副線圈上將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”磁場(chǎng)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(chǎng)，而變壓器上端的橫條相當(dāng)于磁鐵，下端對(duì)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(guò)載指示燈亮起，故C正確。答案：(1)CDF(2)AC【變式1-2】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_(kāi)_______。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【變式1-3】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(cè)量了A、B線圈的電阻值，指針?lè)謩e對(duì)應(yīng)圖中的a、b位置，則A線圈的電阻為_(kāi)____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(cè)量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長(zhǎng)絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源，請(qǐng)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(cè)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_(kāi)_______(用已知和測(cè)得量的符號(hào)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(zhǎng)，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(cè)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(cè)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)繞制eq\f(UA,U)n【題型2數(shù)據(jù)處理與誤差分析】【例2】一個(gè)教學(xué)用的簡(jiǎn)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(cè)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(jiǎn)易變壓器的A、B兩線圈依次接電源，用電壓表分別測(cè)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_(kāi)_______匝，線圈B的匝數(shù)為_(kāi)_______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(cè)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(chǎng)。(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(cè)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【變式2-1】如圖所示為某型號(hào)電吹風(fēng)電路圖，a、b、c、d為四個(gè)固定觸點(diǎn)?？蓜?dòng)的扇形金屬觸片P可同時(shí)接觸兩個(gè)觸點(diǎn)。觸片P處于不同位置時(shí)，電吹風(fēng)可處于停機(jī)、吹熱風(fēng)和吹冷風(fēng)三種工作狀態(tài)。該電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)輸入功率為500W，吹冷風(fēng)時(shí)輸入功率為60W。小風(fēng)扇額定電壓為60V，正常工作時(shí)小風(fēng)扇輸出功率為50W。和分別是理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)。則()A.吹冷風(fēng)時(shí)觸片P位于ab之間B.吹熱風(fēng)時(shí)通過(guò)電熱絲的電流為1AC.小風(fēng)扇的內(nèi)阻是10ΩD.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比答案：CD【變式2-2】(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(duì)應(yīng)的電壓測(cè)量數(shù)據(jù)如表所示。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，下列說(shuō)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)該實(shí)驗(yàn)要用低壓交流電源和交流電表，所以不需要干電池和滑動(dòng)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。答案：(1)AC(2)B【變式2-3】如圖，為探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系，我們把沒(méi)有用導(dǎo)線相連的線圈套在同一閉合的鐵芯上，一個(gè)線圈連到電源的輸出端，另一個(gè)線圈連到小燈泡上，如圖所示，試回答下列問(wèn)題：（1）線圈應(yīng)連到學(xué)生電源的______________（選填直流、交流）；（2）將與燈泡相連的線圈拆掉匝數(shù)，其余裝置不變繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，燈泡亮度將__________（選填變亮、變暗），這說(shuō)明燈泡兩端的電壓__________（選填變大、變?。?；（3）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在所有連接都完好的情況下，電路接通后，燈泡始終不亮，但卻在電路接通或斷開(kāi)的瞬間，燈泡會(huì)閃亮一下，原因是_____