2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第十三章交變電流電磁振蕩與電磁波傳感器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)案

實驗十六探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系探究變壓器原線圈電壓一定時，副線圈電壓與線圈匝數(shù)的定量關(guān)系．一、實驗裝置圖與操作裝置圖與方法操作要領(lǐng)方法：采用控制變量法安裝：按照原理裝置圖安裝實驗儀器，其中多用電表選擇交流電壓擋．操作：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．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．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、由表格數(shù)據(jù)得出結(jié)論：原、副線圈的電壓之比與原、副線圈的匝數(shù)之比相等．注意事項(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，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．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)鐵芯中有渦流生熱，造成能量損耗造成誤差．考點一教材原型實驗例1某班物理實驗課上，同學(xué)們用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”．可拆變壓器如圖甲、乙所示．(1)下列說法正確的是________．A．為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數(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，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．與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力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亮起例2[2024·福建漳州檢測]某物理小組欲探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系，提供的實驗器材有：學(xué)生電源、可拆變壓器、交流電壓表、若干導(dǎo)線．圖甲為實驗原理圖，在原線圈A、B兩端加上電壓，用電壓表分別測量原、副線圈兩端的電壓，測量數(shù)據(jù)如表：實驗序號原線圈匝數(shù)n1＝400原線圈兩端電壓U1(V)副線圈數(shù)n2＝200副線圈兩端電壓U2(V)副線圈數(shù)n3＝1400副線圈兩端電壓U3(V)15.82.920.328.04.028.0312.66.244.1請回答下列問題：(1)在圖乙中，應(yīng)將A、B分別與________(填“a、b”或“c、d”)連接．(2)根據(jù)上表數(shù)據(jù)得出的實驗結(jié)論是：在實驗誤差允許范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈的電壓之比等于________．(3)在實驗序號為2的測量中，若把圖丙中的可移動鐵芯取走，副線圈匝數(shù)n2＝200，則副線圈兩端電壓________(填正確答案標(biāo)號)．A．一定小于4.0VB．一定等于4.0VC．一定大于4.0V例3在“探究變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，可拆變壓器如圖所示．(1)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)為了減少渦流的影響，鐵芯應(yīng)該選擇________；A.整塊硅鋼鐵芯B．整塊不銹鋼鐵芯C．絕緣的硅鋼片疊成D．絕緣的銅片疊成(3)以下給出的器材中，本實驗需要用到的有________；(4)下列做法正確的是________；A．為了人身安全，只能使用低壓直流電源，所用電壓不要超過12VB．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C．觀察兩個線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，導(dǎo)線粗的線圈匝數(shù)多D．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(5)在實際實驗中將電源接在原線圈的“0”和“800”兩個接線柱上，用電表測得副線圈的“0”和“400”兩個接線柱之間的電壓為3.0V，則原線圈的輸入電壓可能為________(填選項前字母)．A．1.5VB．3.0VC．6.0VD．7.0V考點二探索創(chuàng)新實驗例4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，則在如圖所示的器材中，應(yīng)________．A．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．一定是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”)．例5某學(xué)生選用匝數(shù)可調(diào)的可拆變壓器(該變壓器視為理想變壓器)，如圖甲所示，做“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗時，保持原線圈匝數(shù)和電壓不變，改變副線圈的匝數(shù)，可以研究副線圈匝數(shù)對輸出電壓的影響．(1)以U2為縱坐標(biāo)，n2為橫坐標(biāo)．在圖乙中畫出變壓器的輸出電壓U2與匝數(shù)n2關(guān)系圖像的示意圖，并說明U2-n2圖像斜率的物理意義．(2)設(shè)變壓器原線圈的匝數(shù)為n1，感應(yīng)電動勢為E1，端電壓為U1；副線圈的匝數(shù)為n2，感應(yīng)電動勢為E2，端電壓為U2.請理論推導(dǎo)理想變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．(3)如圖丙、丁所示，是電壓互感器和電流互感器的原理圖(“○”中的電表未畫出)，根據(jù)它們的工作原理填寫下列表格．“○”中所用的電表(選填“電壓表”或“電流表”)比較原線圈與副線圈導(dǎo)線的粗細(xì)(選填“較粗”或“較細(xì)”)丙丁實驗十六探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系關(guān)鍵能力·分層突破考點一例1解析：(1)為確保實驗安全，應(yīng)該降低輸出電壓，實驗中要求原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，故A錯誤；變壓器只能改變交流電的電壓，原線圈輸入交流電壓，副線圈輸出交流電壓，應(yīng)用多用電表的“交流電壓擋”測量，故B錯誤；研究變壓器電壓和匝數(shù)的關(guān)系，用到控制變量法，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，故C正確；為了保護(hù)電表，測量副線圈電壓時，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，故D正確；變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即不計各種損耗，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，不是鐵芯導(dǎo)電，傳輸電能，故E錯誤，F(xiàn)正確．(2)與變壓器未通電時相比較，通電時，線圈產(chǎn)生磁性，對橫條鐵芯具有吸引力，若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力，故A正確；增加原線圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)變壓比可知，輸出電壓減小，燈泡的亮度降低，故B錯誤；增加副線圈繞制的圈數(shù)，根據(jù)變壓比可知，輸出電壓增大，根據(jù)歐姆定律可知，輸出電流增大，根據(jù)變流比可知，輸入電流增大，學(xué)生電源的過載指示燈可能會亮起，故C正確．答案：(1)CDF(2)AC例2解析：(1)在探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系的實驗中，原線圈兩端應(yīng)接入交變電流，故應(yīng)A、B分別與c、d連接；(2)根據(jù)題表中的數(shù)據(jù)可知，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，U1U2＝n(3)若把題圖丙中的可移動鐵芯取走，磁損耗變大，原線圈中磁通量變化率比副線圈磁通量變化率大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知，副線圈兩端電壓一定小于4.0V，故選A.答案：(1)c、d(2)兩個線圈的匝數(shù)之比(3)A例3解析：(1)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，故選A.(2)變壓器鐵芯的材料要選擇磁性材料，為防止出現(xiàn)渦流，選擇用絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯，故C正確，A、B、D錯誤．(3)實驗中需要交流電源和交流電壓表，不需要干電池和直流電壓表，故選BD.(4)變壓器改變的是交流電壓，因此為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不能超過12V，若用直流電源，變壓器不能工作，故A錯誤；使用多用電表測電壓時，先用最大量程擋試測，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量，故B正確；觀察兩個線圈的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)粗細(xì)不同，由變壓器工作原理知I1I2＝n(5)若是理想變壓器，則由變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系有U1U2＝n1答案：(1)A(2)C(3)BD(4)B(5)D考點二例4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，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)系式U1U2(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)熱等影響，判斷出U2為原線圈上電壓大小，則判斷出接電源的是nb.答案：(1)A(2)D(3)nb例5解析：(1)根據(jù)題意作出圖像如圖所示．U2-n2圖像斜率的物理意義表示每匝線圈產(chǎn)生的電壓．(2)由于互感現(xiàn)象沒有漏磁，原、副線圈中的每匝線圈都具有相同的ΔΦΔt，根據(jù)