新高考人教物理一輪學(xué)案實驗十四探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

實驗十四探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第219頁一、實驗?zāi)康奶骄孔儔浩髟⒏本€圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。二、實驗原理與要求[基本實驗要求]1．實驗原理與設(shè)計(1)變壓器是由原線圈、副線圈和鐵芯組成的。電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生磁場，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，副線圈就存在輸出電壓。(2)本實驗通過與副線圈相連接的多用電表，觀察原線圈電壓變化時，副線圈輸出電壓的變化；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。2．實驗器材可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)、多用電表、低壓交流電源、導(dǎo)線若干。3．實驗步驟(1)要先估計被測電壓的大致范圍，再選擇恰當(dāng)?shù)牧砍?，若不知道被測電壓的大致范圍，則應(yīng)選擇交流電的最大量程進行測量。(2)把兩個線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯。(3)用交流電壓表測量輸入、輸出電壓。(4)改變輸入端電壓，重新測量輸入、輸出端電壓。(5)改變線圈匝數(shù)，重新測量輸入、輸出端電壓。4．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源，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，先用最大量程擋測試，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量。[規(guī)律方法總結(jié)]1．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)分析實驗數(shù)據(jù)記錄表：1234U1U2n1n2eq\f(U1,U2)eq\f(n1,n2)(2)實驗結(jié)果分析及結(jié)論得出：在誤差允許的范圍內(nèi)，變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比，數(shù)學(xué)表達式為：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。2．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。授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第219頁儀器選取與操作[典例1]在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，某同學(xué)利用“教學(xué)用的可拆變壓器”進行探究。(1)下列器材中，實驗需要的器材是________。A．干電池 B．低壓交流電源C．220V交流電源 D．條形磁鐵E．可拆變壓器和導(dǎo)線 F．直流電壓表G．多用電表(2)關(guān)于實驗操作，下列說法正確的是________。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12VB．實驗通電時，可用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等檢查電路C．使用多用電表測電壓時，先用中等量程擋試測，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量(3)在實驗中，某同學(xué)保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數(shù)不變，僅減小原線圈的匝數(shù)，副線圈兩端的電壓將________(選填“增大”“減小”或“不變”)。[解析](1)“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗，需要的器材是低壓交流電源，提供低壓交流電，同時還需要交流電壓表來測量電壓及可拆變壓器和導(dǎo)線，故選BEG。(2)變壓器是為了改變電壓，因此為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不超過12V，故A正確；實驗通電時，若用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱等檢查電路，就將人體并聯(lián)入電路中，會導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，故B錯誤；使用多用電表測電壓時，先用最高量程擋試測，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量，故C錯誤。(3)根據(jù)電壓比公式：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，保持原線圈兩端的電壓和副線圈的匝數(shù)不變，減小原線圈的匝數(shù)，副線圈兩端的電壓將增大。[答案](1)BEG(2)A(3)增大實驗原理與注意事項[典例2]理想變壓器是指在變壓器變壓的過程中，線圈和鐵芯不損耗能量、磁場被束縛在鐵芯內(nèi)不外漏的變壓器?，F(xiàn)有一個理想變壓器有一個原線圈(匝數(shù)為n1)和一個副線圈(匝數(shù)為n2)。甲、乙兩位同學(xué)想探究這個理想變壓器的原、副線圈兩端的電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系。(1)甲同學(xué)的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同學(xué)的猜想是U1∶U2＝n2∶n1。你認(rèn)為猜想合理的同學(xué)是________，你做出上述判斷所依據(jù)的物理規(guī)律是________________________________________________________________________。(2)為了驗證理論推導(dǎo)的正確性，可以通過實驗來探究。為保證實驗安全、有效地進行，應(yīng)選用________電源。(3)在實驗時，若采用多用電表進行測量，應(yīng)先將選擇開關(guān)置于________擋，并選用________量程進行試測，大致確定被測數(shù)據(jù)后，再選用適當(dāng)?shù)牧砍踢M行測量。[解析](1)由變壓器的工作原理可知猜想合理的同學(xué)是甲同學(xué)。做出上述判斷依據(jù)的物理規(guī)律是法拉第電磁感應(yīng)定律。(2)為了保證實驗安全、有效地進行，應(yīng)選用低壓(一般低于12V)交流電源。(3)使用多用電表時，應(yīng)先將選擇開關(guān)置于交流電壓擋，并選用最大量程進行試測。[答案](1)甲法拉第電磁感應(yīng)定律(2)低壓(一般低于12V)交流(3)交流電壓最大實驗數(shù)據(jù)處理[典列3]某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想用220V交流電源作為某小型電器的電源。他先制作了一個交流變?yōu)橹绷鞯恼髌?，但是這個整流器需要用6V的交流電源，于是他又添置了一臺220V/6V的變壓器，如圖所示。他看到這個變壓器上有a、b、c、d四個引出線頭，且a、d引線比b、c引線粗。(1)他不知道如何接法，也沒有相應(yīng)的說明書。你覺得正確的接法是a、d端接________(選填“220V”或“6V”)。(2)這臺220V/6V的理想變壓器接6V的線圈匝數(shù)是300匝，則接220V的線圈匝數(shù)是________匝。(3)為了進一步探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，他又取匝數(shù)Na＝80匝和Nb＝160匝的一個變壓器重新接在電源上，測量結(jié)果記錄如下，則接電源的是______(選填“Na”或“Nb”)。Ua/VUb/V[解析](1)因為理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，采用的是降壓變壓器，根據(jù)P＝UI可知，副線圈中的電流大，為了減小輸電線上功率的損失，副線圈電線電阻要小，由公式R＝ρeq\f(l,S)知，引線要粗，故a、d端接6V。(2)根據(jù)變壓器工作原理知eq\f(Ua,Ub)＝eq\f(Na,Nb)，若理想變壓器接6V的線圈匝數(shù)是300匝，則接220