一輪復(fù)習(xí)新人教版實(shí)驗(yàn)15探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系學(xué)案

實(shí)驗(yàn)15探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄孔儔浩髟?、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理原線圈通過(guò)電流時(shí),鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng),由于交變電流的大小和方向都在不斷變化,鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷地變化,變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),副線圈中就存在輸出電壓。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變?cè)?、副線圈匝數(shù),探究原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材兩只多用電表(或兩只交直流數(shù)字電壓表)、學(xué)生電源(低壓交流電源)、開(kāi)關(guān)、可拆變壓器、導(dǎo)線若干。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按如圖所示的電路圖連接好電路,將兩個(gè)多用電表調(diào)到交流電壓擋,并記錄兩個(gè)線圈的匝數(shù)。2.打開(kāi)學(xué)生電源,閉合開(kāi)關(guān),讀出兩個(gè)電表的電壓值,并記錄在表格中。3.保持匝數(shù)不變,多次改變輸入電壓,記錄下每次兩個(gè)電表顯示的電壓值。4.保持電壓、原線圈的匝數(shù)不變,多次改變副線圈的匝數(shù),記錄下每次的副線圈匝數(shù)和對(duì)應(yīng)的電壓值。五、數(shù)據(jù)記錄與處理次數(shù)1234n1/匝n2/匝n1∶n2U1/VU2/VU1∶U2六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論原、副線圈的電壓比與原、副線圈的匝數(shù)比相等。七、誤差分析1.實(shí)際變壓器存在多種損耗。2.交流電表的讀數(shù)存在誤差。八、注意事項(xiàng)1.在改變學(xué)生電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開(kāi)開(kāi)關(guān),再進(jìn)行操作。2.為了人身安全,學(xué)生電源的電壓不能超過(guò)12V,且不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱。3.為了保護(hù)多用電表,使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí),先用最大量程擋試測(cè),大致確定被測(cè)電壓后再選用合適的擋位進(jìn)行測(cè)量?？键c(diǎn)一基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)[例1][實(shí)驗(yàn)原理與操作](2022·北京海淀區(qū)模擬)在做“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,某同學(xué)利用如圖所示的教學(xué)用的可拆變壓器進(jìn)行探究。(1)下列器材中,實(shí)驗(yàn)需要的器材是。(多選)

C.220V交流電源(2)關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作,下列說(shuō)法正確的是。(多選)

A.為了人身安全,原線圈兩端只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過(guò)12VB.實(shí)驗(yàn)通電時(shí),可用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等檢查電路C.使用多用電表測(cè)電壓時(shí),先用中等量程擋試測(cè),再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量D.若變壓器上面的鐵芯B忘記安裝在鐵芯A上,則U1∶U2>n1∶n2解析:(1)“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,需要的器材有學(xué)生電源,提供低壓交流電,同時(shí)要需要多用電表測(cè)量電壓及可拆變壓器和導(dǎo)線,故BEG正確,ACDF錯(cuò)誤。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí),為了人身安全,原線圈兩端只能使用低壓交流電源,所用電壓不超過(guò)12V,故A正確;實(shí)驗(yàn)通電時(shí),用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等檢查電路,這樣無(wú)形之中,將人體并聯(lián)進(jìn)電路中,導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,且不安全,故B錯(cuò)誤;使用多用電表測(cè)電壓時(shí),先用最高量程擋試測(cè),再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量,故C錯(cuò)誤;若鐵芯B沒(méi)有安裝在鐵芯A上,因?yàn)閁1=n1ΔΦ1Δt,U2=n2ΔΦ2Δt,而ΔΦ1>ΔΦ2,所以ΔΦ1Δt>ΔΦ答案:(1)BEG(2)AD[例2][數(shù)據(jù)處理與誤差分析]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,利用如圖甲所示的可拆變壓器能方便地探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系。(1)這個(gè)探究過(guò)程采用的科學(xué)探究方法是

。

(2)某次實(shí)驗(yàn)中得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示,表中n1、n2分別為原、副線圈的匝數(shù),U1、U2分別為原、副線圈兩端的電壓,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,你的結(jié)論是。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)n1/匝n2/匝U1/VU2/V1160040028004003800400480040058001006200400(3)①原、副線圈上的電壓之比是否等于它們的匝數(shù)之比呢?發(fā)現(xiàn)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒(méi)有嚴(yán)格遵從這樣的規(guī)律,分析下列可能的原因,正確的是。(多選)

A.原、副線圈的電壓不同步②如圖乙,為了減小渦流在鐵芯中產(chǎn)生的熱量,鐵芯是由相互絕緣的硅鋼片平行疊成。硅鋼片應(yīng)平行于。

③某同學(xué)在完成上述實(shí)驗(yàn)后,采用如圖丙所示的電路測(cè)量變壓器原線圈的電阻(阻值較小),為保證電路中各元件安全,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),首先應(yīng)斷開(kāi)。

解析:(1)當(dāng)一個(gè)物理量與多個(gè)物理量相關(guān)時(shí),應(yīng)采用控制變量法。(2)通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)可得結(jié)論,在誤差允許的范圍內(nèi),原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比相等,即U1U2(3)①通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有能量的損失,主要原因?yàn)槔@制線圈的銅導(dǎo)線發(fā)熱、鐵芯中的渦流發(fā)熱和鐵芯對(duì)磁場(chǎng)的約束不完全而出現(xiàn)漏磁,故A錯(cuò)誤,B、C、D正確。②根據(jù)楞次定律和右手螺旋定則,產(chǎn)生的渦旋電流的方向平行于面abcd,為了減小渦流在鐵芯中產(chǎn)生的熱量,相互絕緣的硅鋼片應(yīng)垂直面abcd,即平行于面aehd或abfe,又考慮減小整個(gè)鐵芯中的渦流,故應(yīng)平行于面aehd,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。③實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),應(yīng)先把電壓表從電路中斷開(kāi),否則在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)瞬間,變壓器原線圈兩端會(huì)產(chǎn)生大電壓燒壞電壓表,故應(yīng)先斷開(kāi)導(dǎo)線A,故B、C、D錯(cuò)誤,A正確。答案:(1)控制變量法(2)在誤差允許的范圍內(nèi),原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比相等,即U1U2考點(diǎn)二創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)[例3][實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新]如圖甲所示為教學(xué)用的可拆變壓器,線圈A和B由同種材料且粗細(xì)相同的導(dǎo)線繞制而成,線圈外部還可以繞線。(1)某同學(xué)用多用電表的歐姆擋分別測(cè)量了A、B線圈的電阻值,發(fā)現(xiàn)A線圈電阻約為B線圈電阻的2倍,則可推斷(選填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)多。

(2)為探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系,該同學(xué)把線圈A與學(xué)生電源連接,另一個(gè)線圈B與小燈泡連接,如圖乙所示。其中線圈A應(yīng)連到學(xué)生電源的(選填“直流”或“交流”)輸出端上,同時(shí)為保證人身安全,所用電壓不要超過(guò)(選填“6”“12”或“36”)V。

(3)將與燈泡相連的線圈B拆掉部分匝數(shù),其余裝置不變繼續(xù)實(shí)驗(yàn),燈泡亮度將(選填“變亮”或“變暗”),這說(shuō)明燈泡兩端的電壓(選填“變大”或“變小”)。

(4)某次實(shí)驗(yàn)時(shí),變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為220匝和110匝,學(xué)生電源輸出端的電壓為6V,則小燈泡兩端的電壓值可能是。

A.11.4V B.3.6VC.2.8V2V解析:(1)導(dǎo)線材料相同,粗細(xì)相同,根據(jù)電阻定律R=ρlS(2)變壓器只能改變交變電壓,因此線圈A應(yīng)連接交流電源?？刹鹱儔浩骶€圈裸露在外面,易觸電,安全電壓應(yīng)不高于12V。(3)根據(jù)U1U2=n1n(4)由題中數(shù)據(jù),可得副線圈電壓為3V。由于兩線圈具有電阻,則燈泡兩端電壓小于3V。答案:(1)A(2)交流12(3)變暗變小(4)C[例4][實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新]在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,可拆變壓器如圖所示。(1)變壓器鐵芯的結(jié)構(gòu)和材料應(yīng)是。(填字母)

(2)以下給出的器材中,本實(shí)驗(yàn)需要用到的是。(多選)

(3)為實(shí)現(xiàn)探究目的,保持原線圈輸入的電壓一定,通過(guò)改變?cè)⒏本€圈匝數(shù),測(cè)量副線圈上的電壓。這個(gè)探究過(guò)程采用的科學(xué)探究方法是。

(4)某次實(shí)驗(yàn)中得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示,表中n1、n2分別為原、副線圈的匝數(shù),U1、U2分別為原、副線圈的電壓,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,你的結(jié)論是:。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)n1/匝n2/匝U1/VU2/V1120040028004003200100解析:(1)變壓器鐵芯的結(jié)構(gòu)和材料應(yīng)是絕緣的硅鋼片疊成,A、B、C錯(cuò)誤,D正確。(2)變壓器正常工作需要交流電,因此本實(shí)驗(yàn)中需要用交流電源和交流電壓表(多用電表),不需要干電池和直流電壓表,A、C錯(cuò)誤,B、D正確。(3)為實(shí)現(xiàn)探究目的,保持原線圈輸入的電壓一定,通過(guò)改變?cè)?、副線圈的匝數(shù),測(cè)量副線圈上的電壓。這個(gè)探究過(guò)程采用的科學(xué)探究方法是控制變量法,A、B、D錯(cuò)誤,C正確。(4)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,第1次有n1n2=1200400=第2次有n1n2=800400=21第3次有n1n2=200100=21由以上計(jì)算可知,在誤差允許的范圍內(nèi),變壓器原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比相等,即U1U2答案:(1)D(2)BD(3)C(4)在誤差允許的范圍內(nèi),變壓器原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比相等,即U1U[例5][實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)新]某班物理實(shí)驗(yàn)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(shuō)法正確的是。(多選)

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.變壓器原線圈接低壓交流電,測(cè)量副線圈電壓時(shí)可以選用多用電表的“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.變壓器鐵芯是由相互絕緣的薄硅鋼片平行疊壓而成的,而不是采用一整塊硅鋼(2)某同學(xué)把交流電源接在原線圈兩端,調(diào)節(jié)學(xué)生電源使輸出電壓為30V,用多用電表交流電壓10V擋測(cè)量副線圈兩端電壓,測(cè)量結(jié)果如圖丙所示,則示數(shù)為V,原、副線圈匝數(shù)比最有可能的值是。(填選項(xiàng)前字母)

A.4∶1 B.5∶1 C.6∶1 D.9∶1解析:(1)為確保實(shí)驗(yàn)安全,實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù),讓副線圈上得到較低的電壓,故A錯(cuò)誤;變壓器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,故B錯(cuò)誤;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,故C正確;變壓器鐵芯是利用由相互絕緣的薄硅鋼片平行疊壓而成的,而不是采用一整塊硅鋼,這樣設(shè)計(jì)的原因是減小渦流,提高變壓器的效率,故D正確。(2)由題圖丙可知,電壓擋10V的量程精度為0.2V,則讀數(shù)估讀到0.1V,故示數(shù)為U2=4.4V,根據(jù)理想變壓器的電壓比等于匝數(shù)比,有n1n2=U答案:(1)CD(2)4.4C[例6][實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新](2023·江蘇南京模擬)某同學(xué)做“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)以下給出的器材中,本實(shí)驗(yàn)需要用到的有。(多選)

(2)下列說(shuō)法正確的是。(多選)

B.實(shí)驗(yàn)中要通過(guò)改變?cè)?、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,需要運(yùn)用的科學(xué)方法是控制變量法C.為了人身安全,實(shí)驗(yàn)中只能使用低壓直流電源,電壓不要超過(guò)12VD.繞制降壓變壓器原、副線圈時(shí),副線圈導(dǎo)線應(yīng)比原線圈導(dǎo)線粗一些好(3)由于交變電流的電壓是變化的,所以實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的是電壓的(選填“平均”“有效”或“最大”)值;某次實(shí)驗(yàn)操作,副線圈所接多用電表的讀數(shù)如圖甲所示,其對(duì)應(yīng)的選擇開(kāi)關(guān)如圖乙所示,則此時(shí)電表讀數(shù)為。

(4)若用匝數(shù)N1=400匝和N2=800匝的變壓器做實(shí)驗(yàn),對(duì)應(yīng)的電壓測(cè)量數(shù)據(jù)如下表所示。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),則N1一定是(選填“原”或“副”)線圈。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234U1U2解析:(1)實(shí)驗(yàn)中需要交流電源、變壓器和交流電壓表(多用電表),不需要干電池和直流電壓表,故A、C錯(cuò)誤,B、D、E正確。(2)變壓器工作時(shí)只是改變電壓,不改變頻率,副線圈電壓頻率與原線圈相同,故A錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,在原、副線圈匝數(shù)和原線圈兩端電壓三個(gè)變量中保持兩個(gè)不變,改變一個(gè)來(lái)探究匝數(shù)比與原、副線圈電壓之比的關(guān)系,用的是控制變量法,故B正確;變壓器改變的是交流電壓,因