(浙江新高考专用)2019_2020学年高中物理第五章交变电流实验:探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系讲义
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实验:探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
1.实验原理
交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场,副线圈中产生感应电动势,其两端有输出电压.线圈匝数不同时输出电压不同.实验通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压与匝数的关系. 2.实验器材
电压表两只、可拆卸式变压器、学生电源、开关、导线若干(如图1所示)
图1
3.实验步骤
(1)按如图2所示电路图连接实物图
图2
(2)保持原线圈匝数不变,改变副线圈匝数,研究其对副线圈电压的影响.
(3)保持副线圈匝数不变,改变原线圈匝数,研究其对副线圈电压的影响. (4)将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表:
4.由表格数据得出结论
当原线圈匝数不变时,副线圈电压与副线圈匝数成正比. 当副线圈匝数不变时,副线圈电压与原线圈匝数成反比. 5.注意事项
(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关,再进行操作. (2)学生电源的电压不要设置太高,一般不要超过12V ,以免发生危险.
一、实验原理与操作
例1 (多选)(2016·浙江10月选考)如图3所示,在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,下列说法正确的是( )
图3
A.用可拆变压器,能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈
B.测量原、副线圈的电压,可用“测定电池的电动势和内阻”实验中的直流电压表
C.原线圈接0、8接线柱,副线圈接0、4接线柱,副线圈电压大于原线圈电压
D.为便于探究,先保持原线圈匝数和电压不变,改变副线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响 答案 AD
解析 变压器的输出电压跟输入电压以及原、副线圈匝数之比都有关,因此需要用可拆卸的
变压器研究,选项A 、D 正确.变压器只对交流电压有作用,不能处理直流电压,故不能用直流电压表测量原、副线圈的电压,所以选项B 错误.根据原、副线圈匝数之比等于输入、输出电压之比可知,原线圈接0、8,副线圈接0、4,那么副线圈的电压小于原线圈电压,所以C 错误.
例2 (2017·杭州市高二检测)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验,变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12V 的低压________(选填“交流电源”或“直流电源”).先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”);然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”).上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是__________________(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”). 答案 交流电源 增大 减小 控制变量法
解析 变压器的工作原理是互感现象,故原线圈两端所接的电源应是电压为12V 的低压交流电源;根据变压比公式U 1U 2=n 1
n 2
,保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压增大;保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压减小;上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法. 二、探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
例3 (2017·温州市高二检测)如果把一个可拆变压器看成理想变压器,两个线圈分别为A 、
B ,现要测量A 线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交
流电源,请简要叙述实验步骤(写出要测的物理量,并用字母表示).
________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________
A 线圈的匝数为n A =________.(用所测物理量符号表示)
答案 见解析
解析 (1)用长导线绕一个n 匝线圈,作为副线圈替代A 线圈. (2)把低压交流电源接B 线圈,测得绕制的线圈的输出电压U . (3)用A 线圈换下绕制的线圈,测得A 线圈的输出电压U A .n A =U A U
n .
例4 (2017·浙江4月选考)为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验,必须要选用的是________. A.有闭合铁芯的原、副线圈 B.无铁芯的原、副线圈
C.交流电源
D.直流电源
E.多用电表(交流电压挡)
F.多用电表(交流电流挡)
用匝数n a =60匝和n b =120匝的变压器,实验测量数据如下表,
根据测量数据可判断连接电源的线圈是____________(选填“n a ”或“n b ”). 答案 ACE n b
解析 为了完成变压器的探究,需要使用交流电源变压,故选用多用电表的交流电压挡.为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原、副线圈.由于有漏磁,所以副线圈测量电压应该小于理论变压值,即n b 为输入端,n a 为输出端.
例5 (2018·金华十校高二上学期期末)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,若某同学实验时,忘记把如图4甲中的变压器铁芯A 组装到变压器铁芯B 上,组装后的变压器如图乙所示.在铁芯上的原、副线圈匝数分别为n 1=800匝和n 2=200匝,原线圈两端与u =122sin314t (V)的交流电源相连,则副线圈两端电压的有效值可能是( )
图4
A.0.6V
B.3V
C.32V
D.12V 答案 A
解析 原线圈两端电压有效值为U 1=1222
V =12V ,如果把题图甲中的变压器铁芯A 组装到变
压器铁芯B 上,则根据变压器原理U 2=n 2n 1U 1=200
800
×12V=3V ;由于该同学忘记了把题图甲中
的变压器铁芯A 组装到变压器铁芯B 上,导致“漏磁”,则副线圈两端电压将小于3V ,故选A.
1.(实验原理与操作)如图5所示是“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验示意图,a 线圈接交流电源,b 线圈接交流电压表,在实验过程中( )