2020-2021学年新教材物理鲁科版选择性必修第二册-实验-探究变压器电压与线圈匝数的关系-课件（48张）

第2课时　实验：探究变压器电压与线圈匝数的关系【实验目的】研究变压器两端的电压与线圈匝数间的定量关系。【实验器材】可拆变压器(如图)、低压交流电源、交流电压 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 、带夹的导线。实验自主学习【实验原理与设计】1.实验的基本思想——控制变量法。(1)变量的控制要求：在物理实验中，要注意控制实验过程中的不同变量。(2)设计思路：①保持原线圈匝数不变的前提下，改变原线圈两端的电压，探究原线圈和副线圈的电压与匝数的关系。②保持原线圈两端电压和原线圈匝数不变的前提下，改变副线圈的匝数，探究原线圈和副线圈的电压与匝数的关系。2.实验原理：当交流电压接入原线圈时，它所产生的变化的磁场就会在副线圈中产生感应电动势。3.实验设计：(1)实验电路如图：(2)物理量的测量 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：①原、副线圈的匝数直接读出。②用交流电压表直接测量原副线圈两端的电压。实验互动探究【实验过程】一、实验步骤(1)按如图所示连接好电路图，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。(2)打开学生电源，读出电压值，并记录在 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 中。(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录下每次的两个电压值。(4)保持电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。二、数据收集与分析1.实验数据：次序n1(匝)n2(匝)n1∶n2U1(V)U2(V)U1∶U212342.实验结论：原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即【误差分析】1.实际变压器存在各种损耗：变压器工作时会漏磁，铁芯和导线发热也会使变压器的能量损耗。2.交流电表的读数存在误差。【实验探究】实验过程中应注意哪几个方面的操作安全问题？(科学态度和责任)提示：(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)为了人身安全学生电源的电压不能超过12V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。(3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。类型1实验操作【典例1】(1)(多选)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B.条形磁铁C.直流电源D.多用电表E.开关、导线若干上述器材在本实验中不必用到的是_________(填器材前的序号)，本实验中还需要用到的器材有_________。 实验素养迁移(2)实验时，原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是(　　)A.原线圈接直流电压，电表用直流电压挡B.原线圈接直流电压，电表用交流电压挡C.原线圈接12V以下交流电压，电表用交流电压挡D.原线圈接220V交流电压，电表用交流电压挡【解析】(1)变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故条形磁铁B不必用到。如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生，故直流电源C不必用到，需要用到低压交流电源。(2)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，综合(1)可知，故应选C。答案：(1)B、C　低压交流电源　(2)C【补偿训练】　　如图所示，从学生电源输出的电压，经变压器降压后，使小灯泡正常发光。其对应的电路图为(　　)【解析】选B。变压器不能改变直流电的电压，A错误；而C、D图不是变压器，C、D错误；B项正确。类型2数据处理【典例2】(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有_____　。(填序号) (2)若在实验中用匝数N1=400匝和N2=800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是_____　。 A.N1一定是原线圈匝数　　B.N2一定是原线圈匝数C.N1可能是副线圈匝数D.N2可能是副线圈匝数实验次数1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02【解析】(1)“探究变压器的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表，所以不需要干电池和滑动变阻器，故选A、C。(2)根据和表中数据可知，由于变压器有一定的能量损失，故N2一定为原线圈匝数，故B正确。答案：(1)A、C　(2)B类型3实验创新【典例3】有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断_________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。 (2)如果把它看成理想变压器，现要测定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。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)：　_____。 (3)A线圈的匝数为nA=_____　(用所测物理量符号表示)。 【解析】(1)欧姆表示数等于指针示数与挡位的乘积，用同一挡位测电阻，指针偏角越大，所测电阻阻值越小，指针偏角越小，电阻阻值越大，由题干图示可知，a位置指针偏角小，线圈A的电阻大，线圈A的匝数较多。(2)实验步骤：①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；②将A线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U；④然后求线圈A的匝数。(3)因为要测量A线圈匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接。变压器输入输出电压都是交流电，所以要用交流电压挡测输入和输出电压。根据变压器电压比等于匝数比，有：，则：nA=。答案：(1)A　(2)用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈，用A线圈换下绕制的线圈，测得A线圈的输出电压UA　(3)【创新 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 】创新角度创新 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 匝数测量的创新利用多用电表测电阻的形式，更加简单地判断出匝数的多少实验方法的创新利用转化法来定量测量变压器的匝数【补偿训练】准备可拆变压器、低压交流电源、小灯泡及导线若干；如图所示，去掉可拆变压器上压紧横条的胶木螺钉，并将横条放在U形铁芯的A侧上。变压器左边绕组接12V低压交流电源，右边绕组接一个额定电压为3～6V的小灯泡。观察小灯泡的亮度。把横条慢慢推向B，直至与B完全闭合，灯泡的亮度如何变化？为什么？【解析】把横条慢慢推向B，直至与B完全闭合，小灯泡将逐渐变亮，原因是在横条推向B的过程中，由于铁芯具有导磁作用，线圈B中的磁通量的变化率逐渐增大，感应电动势也逐渐增大，所以，灯泡将逐渐变亮。答案：见解析课堂素养检测1.(多选)如图所示，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”的实验中，下列说法正确的是(　　)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【解析】选A、D。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表有作用，不能用直流电压表测定电压，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接线柱，副线圈接0、4接线柱，那么副线圈的电压小于原线圈，所以C错误。2.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，忘记把图甲中的变压器铁芯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n1=800匝和n2=200匝，原线圈两端与u=12sin314t(V)的交流电源相连，则副线圈两端电压的有效值可能是(　　)A.0.6V　　　　　　　　　B.3VC.3VD.12V【解析】选A。原线圈两端电压有效值为U1=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U2=×12V=3V；由于该同学忘记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。【补偿训练】　　在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，电源输出端与变压器线圈连接方式正确的是_____　(选填“图甲”或“图乙”)。变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝，测得的电压分别为8.2V和3.6V，据此可知电压比与匝数比不相等，主要原因是　　。 【解析】变压器是靠电磁感应原理工作的，必须接交流电，故正确的是图乙；理想变压器电压与匝数成正比，实际变压器不成正比的原因是由于漏磁、铁芯发热、导线发热等电能损失造成的。答案：图乙　漏磁、铁芯发热、导线发热3.某学生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时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压。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时采用的实验方法是控制变量法。 【解析】根据变压比公式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。答案：增大　减小【补偿训练】如图所示是“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验装置，下列说法正确的是(　　)A.与灯泡连接的线圈叫原线圈B.测量变压器输出电压要用直流电压表C.若只增加副线圈的匝数，变压器的输出电压变大D.若只增加副线圈的匝数，变压器的输出电压变小【解析】选C。与电源相连的线圈叫原线圈，A错误；测量变压器输出电压要用交流电压表，B错误；由可知，U1不变，增加n2，则U2增大，故C正确，D错误。4.为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，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na=60匝和nb=120匝的变压器，实验测量数据如表：根据测量数据可判断连接电源的线圈是_____(选填“na”或“nb”)。 Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98【解析】变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，不需要直流电源；因为需要测量电压，所以需要多用电表(交流电压挡)。故需要的仪器有闭合铁芯的原副线圈、交流电源、多用电表(交流电压挡)；根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，因此变压器有漏磁，铁芯发热、导线发热等影响，判断出Ub为原线圈上的电压大小，则由此可知nb接的是电源。答案：A、C、E　nb5.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。(1)下列器材中，实验需要的器材是_________。 A.干电池B.低压交流电源C.220V交流电源D.条形磁铁E.可拆变压器和导线F.直流电压G.多用电表(2)关于实验操作，下列说法正确的是_________。 A.为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12VB.实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路C.使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量【解析】(1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是学生电源，提供低压交流电，同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线；故选B、E、G；(2)变压器是改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12V，故A正确；实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联在电路中，导致所测数据不准确，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。故选A。答案：(1)B、E、G　(2)A6.某研究性学习小组的同学想用220V交流电源作为某小型电器的电源。他先制作了一个交流变为直流的整流器，但是这个整流器需要用6V的交流电源，于是他又添置了一台220V/6V的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。(1)他不知道接法，也没有相应的说明书。你帮他判断正确的接法是a、d端接_________(选填“220V”或“6V”)。 (2)这台220V/6V的理想变压器接6V的线圈匝数是300匝，则接220V的线圈匝数是_________匝。 【解析】(1)因为理想变压器的输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据P=UI可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，由公式R=ρ知，引线要粗，故a、d接6V。(2)根据变压器工作原理知：，若理想变压器接6V的线圈匝数是300匝，则接220V的线圈匝数是11000匝。答案：(1)6V　(2)110007.理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的变压器。现有一个理想变压器，其中有一个原线圈(匝数为n1)和一个副线圈(匝数为n2)。甲、乙两位同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的电压与线圈匝数的关系。(1)甲同学的猜想是U1∶U2=n1∶n2；乙同学的猜想是U1∶U2=n2∶n1。你认为猜想合理的同学是_____，你作出上述判断所依据的物理规律是________。(2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验来探究。为保证实验安全、有效地进行，应选用_____　电源。 (3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将选择开关置于_____挡，并选用___　量程进行测试，大致确定被测数据后，再选用适当的量程进行测量. 【解析】(1)由变压器的工作原理可知，猜想合理的是甲同学。作出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律。(2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压(一般低于12V)交流电源。(3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并选用较大(或最大)量程进行测试。答案：(1)甲　法拉第电磁感应定律　(2)低压(一般低于12V)交流　(3)交流电压　较大(或最大)