一、實驗?zāi)康?br>探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。
二、實驗原理
1．實驗電路圖，如圖所示。
2．實驗方法采用控制變量法：
(1)n1一定，研究n2和U2的關(guān)系。
(2)n2一定，研究n1和U2的關(guān)系。
三、實驗器材
學(xué)生電源(低壓交流，小于12 V)1個、可拆變壓器1個(如圖所示)、多用表(交流電壓擋)1個、導(dǎo)線若干。
四、實驗步驟
1．如圖所示，連接好電路，將兩個多用電表調(diào)到交流電壓擋，并記錄兩個線圈的匝數(shù)。
2．保持原線圈匝數(shù)不變，用多用電表電壓擋測量原線圈電壓，并記錄在表格中。
3．改變副線圈匝數(shù)，用多用電表分別測量副線圈的電壓，把匝數(shù)、電壓的對應(yīng)數(shù)據(jù)記錄在表格中。
4．保持副線圈匝數(shù)不變，改變原線圈匝數(shù)，重復(fù)步驟2、3。
五、數(shù)據(jù)處理
1．將不同的原、副線圈接入電路測出線圈兩端的電壓填入下表
2．由表格數(shù)據(jù)得出結(jié)論
(1)當(dāng)原線圈匝數(shù)不變、輸入電壓不變時，隨著副線圈匝數(shù)增加，輸出電壓增大。進(jìn)一步研究可知，副線圈電壓與副線圈匝數(shù)成正比。
(2)當(dāng)副線圈匝數(shù)不變、輸入電壓不變時，隨著原線圈匝數(shù)增加，副線圈輸出電壓變小。進(jìn)一步研究可知，副線圈電壓與原線圈匝數(shù)成反比。
六、誤差分析
1．由于漏磁，通過原、副線圈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。
4．電表的讀數(shù)存在誤差。
七、注意事項
1．在改變學(xué)生電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷開開關(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12 V，不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱。
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，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。
[例題1] 在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中：
(1)原線圈中接入的電源是________；
A．接入電壓為220 V交流電源
B．接入學(xué)生電源12 V以下直流輸出端
C．接入學(xué)生電源12 V以下交流輸出端
(2)對于實驗過程，下列說法正確的是________。
A．為便于探究，應(yīng)該采用控制變量法
B．因為實驗所用電壓較低，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(jìn)行測量
[解析] (1)做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗時，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12 V，故A、B錯誤，C正確。
(2)“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，為便于探究，應(yīng)該采用控制變量法，故A正確；實驗通電時，即使電壓不超過12 V，因人的身體素質(zhì)不同，也存在人身安全問題，因此不能用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱，故B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C錯誤。
[答案] (1)C (2)A
[例題2] 在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系”的實驗中：
(1)為了確保實驗的安全，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12 V
B．連接好電路后，可不經(jīng)檢查電路是否正確，直接接通電源
C．因為使用電壓較低，通電時可用手直接接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱
D．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
(2)多用電表刻度盤上交流電壓的刻度是________(選填“均勻”或“不均勻”)的。
(3)某實驗小組通過實驗，記錄的數(shù)據(jù)如表所示。
通過分析實驗數(shù)據(jù)可得出的實驗結(jié)論是________________________。
(4)一次實驗中，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為400匝和200匝，測得的電壓分別為8．00 V和3．90 V，據(jù)此可知電壓比與匝數(shù)比并不相等，主要原因是________________(至少說出兩個原因)。
[解析] (1)變壓器改變的是交流電壓，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12 V，A錯誤。實驗通電前，必須要檢查電路是否正確；通電時，不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱，確保人身安全，B、C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，D正確。
(2)由多用電表的表盤可知，多用電表刻度盤上交流電壓的刻度是不均勻的。
(3)通過分析實驗數(shù)據(jù)可得出實驗結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比。
(4)電壓比與匝數(shù)比并不相等，主要原因是變壓器有漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱等，另外，多用電表的精度與讀數(shù)誤差也是一個影響因素。
[答案] (1)D (2)不均勻 (3)在誤差允許范圍內(nèi)，變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比 (4)有漏磁、鐵芯發(fā)熱
[例題3] 有一個教學(xué)用的可拆變壓器，如圖甲所示，它有兩個線圈A、B(內(nèi)部導(dǎo)線電阻率、橫截面積相同)，線圈外部還可以繞線。
(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A，B線圈中“0,14”“0,4”的電阻值，指針分別對應(yīng)圖乙中的a，b位置，則A線圈的電阻為________ Ω，由此可推斷______(選填“A”或“B”)線圈的總匝數(shù)較多。
(2)如果把它看作理想變壓器，現(xiàn)要測量A線圈的總匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源，請完成實驗步驟的填空：
①用絕緣導(dǎo)線在B線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈；
②將________(選填“A”或“B”)全部線圈與低壓交流電源相連接；
③用多用電表的________擋分別測量A線圈的中“0,14”間的電壓UA和繞制線圈的電壓U。
④則A線圈的總匝數(shù)為________。
[解析] (1)由多用電表知，電阻為24 Ω。根據(jù)電阻定律，導(dǎo)線越長，電阻越大，因為A線圈的電阻比B線圈大，所以A線圈總匝數(shù)多。
(2)因為要測量A線圈總匝數(shù)，所以要把A線圈與低壓交流電源相連接。變壓器輸入、輸出均為交變電流，測電壓時要用交流電壓擋測輸入和輸出電壓。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(nUA,U)。
[答案] (1)24 A (2)②A ③交流電壓 ④eq \f(nUA,U)
1．[多選]如圖所示，在用可拆變壓器做“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗時，下列說法正確的是( )
A．用可拆變壓器，能方便地從不同接線柱上選取不同匝數(shù)的線圈
B．測量原、副線圈的電壓，可用直流電壓表
C．原線圈接0,8接線柱，副線圈接0,4接線柱，副線圈電壓大于原線圈電壓
D．為便于探究，先保持原線圈匝數(shù)和電壓不變，改變副線圈的匝數(shù)，研究其對副線圈電壓的影響
解析：選AD 變壓器的輸出電壓跟輸入電壓以及原、副線圈匝數(shù)之比都有關(guān)，因此要用可拆卸的變壓器研究，探究線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系采用控制變量法，即先保持原線圈匝數(shù)和電壓不變，改變副線圈匝數(shù)，研究其對副線圈電壓的影響，故選項A、D正確；變壓器不改變直流電壓，選項B錯誤；原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)時，副線圈電壓小于原線圈電壓，選項C錯誤。
2．(1)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，下列器材在實驗中不需要用到的有________。
(2)若在實驗中用匝數(shù)N1＝400匝和N2＝800匝的變壓器，對應(yīng)的電壓測量數(shù)據(jù)如表所示。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，下列說法正確的是________。
A．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)實驗中需用交流電源，不需干電池；通過改變原、副線的匝數(shù)探究變壓器兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系，不需要滑動變阻器。
(2)根據(jù)變壓器兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系eq \f(U1,U2)＝eq \f(N1,N2)和表格數(shù)據(jù)可知，由于變壓器有一定的能量損失，所以N2一定為原線圈。
答案：(1)AC (2)B
3．在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，電源輸出端與變壓器線圈連接方式正確的是________(選填“甲”或“乙”)。變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為120匝和60匝，測得的電壓分別為8．2 V和3．6 V，據(jù)此可知電壓比與匝數(shù)比不相等，主要原因是________________。
解析：變壓器是靠電磁感應(yīng)原理工作的，必須接交流電，故題圖乙正確；理想變壓器電壓與匝數(shù)成正比，實際變壓器不成正比是由于漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱等能量損失造成的。
答案：乙 漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱等
4．在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，某同學(xué)利用“教學(xué)用可拆變壓器”進(jìn)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．220 V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)在實驗中，該同學(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________(填“增大”“減小”或“不變”)。
解析：(1)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，要用低壓交流電源、可拆變壓器、導(dǎo)線和多用電表，不需要干電池、220 V交流電源、條形磁鐵和直流電壓表，故選B、E、G。
(2)在實驗中，該同學(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)，根據(jù)eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知副線圈兩端的電壓將增大。
答案：(1)BEG (2)增大
5．有一個教學(xué)用的可拆變壓器，如圖所示，它有兩個外觀基本相同的線圈A和B，線圈外部還可以繞線。
(1)某同學(xué)用多用電表的歐姆擋測量了A、B線圈的電阻值，發(fā)現(xiàn)B線圈電阻約為A線圈電阻的3倍，則可推斷________線圈的匝數(shù)多。(選填“A”或“B”)
(2)如果把它看作理想變壓器，現(xiàn)要測量A、B線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和一只低壓交流電源(輸出電壓的有效值不變)。
現(xiàn)采用如下方法進(jìn)行測量。請補充實驗步驟，完成A、B線圈匝數(shù)的測量(需要測量的物理量請用字母表示，并說明其含義)。
①將絕緣導(dǎo)線一端與A線圈上方接線柱相連，順著原來的繞制方向在變壓器的鐵芯上再繞制n匝線圈；
②將絕緣導(dǎo)線的另一端和A線圈下方接線柱分別與低壓交流電源兩端相連接；
③用多用電表的交流電壓擋先后測量低壓交流電源兩端的電壓U0和B線圈的輸出電壓U；
④________________________________________________________________________；
⑤拆除電路并整理器材。
A、B線圈的匝數(shù)nA和nB的表達(dá)式為nA＝__________，nB＝________。
解析：(1)根據(jù)電阻定律，導(dǎo)線越長，電阻越大，因為B線圈電阻約為A線圈電阻的3倍，即B的電阻比A的大，所以B線圈匝數(shù)多。
(2)由實驗步驟知④應(yīng)為用多用電表的交流電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1。根據(jù)變壓器原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比，有eq \f(U1,U0－U1)＝eq \f(nA,n)，eq \f(U,U0)＝eq \f(nB,nA＋n)，聯(lián)立解得A線圈的匝數(shù)nA＝eq \f(nU1,U0－U1)，B線圈的匝數(shù)nB＝eq \f(nU,U0－U1)。
答案：(1)B (2)④用多用電表的交流電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1 eq \f(nU1,U0－U1) eq \f(nU,U0－U1)
原線圈
匝數(shù)n1
副線圈
匝數(shù)n2
原線圈
電壓U1
副線圈
電壓U2
eq \f(n1,n2)
eq \f(U1,U2)
100
300
2 V
100
400
2 V
300
400
4 V
400
400
6 V
400
100
8 V
400
100
4 V
實驗原理及操作
數(shù)據(jù)處理與分析
原線圈匝數(shù)n1(匝)
100
200
400
400
副線圈匝數(shù)n2(匝)
400
400
200
800
原線圈兩端的電壓U1(V)
1．96
4．90
8．00
4．86
副線圈兩端的電壓U2(V)
7．80
9．76
3．90
9．64
實驗拓展與創(chuàng)新
實驗次數(shù)
電壓
1
2
3
4
U1/V
0.90
1．40
1．90
2．40
U2/V
2．00
3．01
4．02
5．02

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