試驗(yàn)七、探究變壓器兩個(gè)線圈的電壓關(guān)系

1、實(shí)驗(yàn)七 探究變壓器兩個(gè)線圈電壓的關(guān)系【知識(shí)導(dǎo)學(xué)】大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電壓為幾萬(wàn)伏，而遠(yuǎn)距離輸電卻需要高達(dá)幾十萬(wàn)夫的電壓。各種設(shè)備所需的電壓也不相同。例如：電燈、電飯鍋、電冰箱、洗衣機(jī)等家用電器需要220V的的電壓，機(jī)床上的照明燈需要36V或24V的安全電壓。一半半導(dǎo)體收音機(jī)的電源電壓不超過(guò)10V，電視機(jī)顯像管卻需要 10000V以上的高壓。這就是說(shuō)，在交流電的傳輸過(guò)程中，必 須有能升高或降低電壓的設(shè)備來(lái)滿足各種不同的需要，這種設(shè)備成為變壓器。由于有了變壓器，交流電的電壓容易改變，所以交流電得到了廣泛的運(yùn)用?；ジ鞋F(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)。當(dāng)原線圈中加交變電壓時(shí)，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生

2、交變的磁通量，這個(gè)交變的磁通量既穿過(guò)原線圈，也穿過(guò)副線圈，在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果副線圈電路是閉合的，在副線圈中就產(chǎn)生交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量， 這個(gè)磁通量既穿過(guò)原線圈，也穿過(guò)副線圈，在原、副線圈中同樣要 引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)變壓器可以升壓或降壓，而影響變壓器輸出電壓的因素很多，如輸入電壓、鐵芯尺寸、線圈匝數(shù)等。我們用控制變量法只探究變壓器輸出電壓與匝數(shù)的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)方案】、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解變壓器的基本構(gòu)造；2、探究變壓器兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系；3、學(xué)會(huì)用控制變量法分析物理量的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理保持原線圈匝數(shù)不變，改變副線圈匝數(shù)。當(dāng)變壓器初級(jí)分別接“0” “400”匝

3、兩端，次級(jí)分別接n2 (“0” “200”匝)兩端和n'2 (“0” “800”匝)兩端。用多用電表的交流電壓 檔測(cè)得次級(jí)電壓，記錄數(shù)據(jù)U、U'2，比較兩次次級(jí)電壓之比與匝數(shù)比的關(guān)系是否滿足：n2 _ U 2“2 U 2保持副線圈匝數(shù)不變，改變?cè)€圈匝數(shù)。當(dāng)變壓器初級(jí)分別接山(“ 0” “100”匝)兩端和n'1 ( “0”、“ 400”匝)兩端，次級(jí)接“ 0” “ 200”匝兩端。用多用電壓表的電壓檔分 別測(cè)得次級(jí)電壓。記錄數(shù)據(jù)U2、U'2，比較兩次次級(jí)電壓之比與匝數(shù)比的關(guān)系是否滿足：ni =丄ni U2三、實(shí)驗(yàn)器材可拆變壓器1個(gè)、學(xué)生電源1個(gè)（交流012V可

4、調(diào)）、多用電表1個(gè)（含050V交流 電壓檔）、導(dǎo)線若干。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與過(guò)程1仔細(xì)觀察變壓器，了解變壓器構(gòu)造。2斷開(kāi)學(xué)生電源，將電源調(diào)制交流 2V接初級(jí)線圈n1=100匝，將學(xué)生多用電表調(diào)到交 流電壓最大檔接在次級(jí)“ 0” “200”接線柱，經(jīng)檢查無(wú)誤后，接通電源，粗略測(cè)出電壓。斷 開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，將多用電表調(diào)制交流電壓合適的檔位，再次接通電源，測(cè)出次級(jí)線圈兩端的電壓。3. 斷開(kāi)電源，不改變初級(jí)線圈所接的電壓和匝數(shù)，將學(xué)生多用電表調(diào)到交流電壓最大檔一次接在次級(jí)“ 200” “ 800”接線柱；“ 800”、“1600”接線柱；“ 200 ”、“ 1600 ”接線柱； “0” “1600”接線柱。按步

5、驟 2中的測(cè)量方法分別進(jìn)行測(cè)量。4. 斷開(kāi)電源，將電源調(diào)制交流10V接初級(jí)線圈n1=200匝，將學(xué)生多用電表調(diào)到交流電壓最大檔接在次級(jí)“ 0” “400”接線柱，經(jīng)檢查無(wú)誤后，接通電源，粗略測(cè)出電壓。斷開(kāi) 電源開(kāi)關(guān)，將多用電表調(diào)制交流電壓合適的檔位，再次接通電源，測(cè)出次級(jí)線圈兩端的電壓。5. 斷開(kāi)電源，保持電源交流10V檔位不變，初級(jí)分別接“ 200”“800”接線柱；“800” “ 1600 ”接線柱；“ 200” “1600”接線柱；“ 0” “1600 ”接線柱，保持學(xué)生多用電表為交流電壓最大檔接在次級(jí)“ 0” “400”接線柱不變，按步驟 4中的測(cè)量方法分別進(jìn)行測(cè)量。6. 斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)

6、。實(shí)驗(yàn)完畢，整理實(shí)驗(yàn)器材。五、收集數(shù)據(jù)1. 保持原線圈匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈匝數(shù) n2,研究n2對(duì)副線圈電壓 氏的 影響。表一 原線圈匝數(shù)不變，改變副線圈匝數(shù)原線圈匝數(shù)n1副線圈匝數(shù)n2n1 ： %初級(jí)電壓U1/V次級(jí)電壓U2/VU1： U2100200600800140016002. 保持副線圈匝數(shù) n2和電壓Ui不變，改變?cè)€圈匝數(shù)ni，研究ni對(duì)副線圈電壓 5的影響。表二 原線圈匝數(shù)不變，改變副線圈匝數(shù)原線圈匝數(shù)ni副線圈匝數(shù)n2n1 ：氐初級(jí)電壓U1/V次級(jí)電壓U2/VU 1 : U220040060080014001600六、分析論證在誤差允許的范圍內(nèi)，利用數(shù)學(xué)歸納法不難

7、總結(jié)出原副線圈電壓與匝數(shù)間的關(guān)系。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論八、誤差分析1. 原線圈和副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量，絕大部分通過(guò)鐵芯，有一小部分漏到鐵 芯之外。所以用變壓器來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)只能是電壓比略大于匝數(shù)比。2. 是由于原副線圈存在電阻，使線圈的端電壓小于感應(yīng)電壓。改進(jìn)方法是采用互相絕緣硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊鐵芯和條形鐵軛之間的光潔面要清潔，無(wú)銹斑、污漬，鐵芯和條形鐵軛要用螺絲壓緊。九、注意事項(xiàng)：1試驗(yàn)電源用低壓交流電源，電壓不要超過(guò)12V。不能使用直流電源，也不能使用高壓交流電源。2. 連接電路后由同組的幾位同學(xué)分別獨(dú)立檢查，經(jīng)老師檢查后才能接通電源。3. 連接電路是要切斷電源，調(diào)節(jié)時(shí)不要用手接觸裸

8、露的導(dǎo)線、接線柱。4. 為了多用電表的安全，使用交流電壓當(dāng)時(shí)，先用最大量程檔測(cè)試，大致確定被測(cè)定 電壓后再選用適當(dāng)?shù)臋n位進(jìn)行測(cè)量。5. 副線圈的匝數(shù)要從小到大變化，原線圈的匝數(shù)要從大到小變化?！驹u(píng)估交流】1、每次改變?cè)ǜ保┚€圈匝數(shù)時(shí)是否需要斷開(kāi)電源？為什么?2、此實(shí)驗(yàn)中的電源用的是直流電源還是交流電源？為什么?【典例剖析】1.為了測(cè)定一個(gè)理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)，現(xiàn)把其原線圈接入220V交流電路中，另用導(dǎo)線在原線圈外繞一圈后接上一個(gè)電壓表，測(cè)得其示數(shù)為0.25V，如果取走導(dǎo)線換上副線圈，并在副線圈兩端接入一個(gè)“36V、4W”的燈泡恰能正常發(fā)光，則該變壓器原線圈匝數(shù)ni=;副線圈匝數(shù) n2=

9、。詳細(xì)解答導(dǎo)線在原線圈外繞一圈，則相當(dāng)于一個(gè)匝數(shù)n2=1的副線圈。由變壓器的計(jì)算公U1式：n1U2所以n1U122CV= 880U2C.25V取走導(dǎo)線換上副線圈，副線圈兩端電壓為36V，由于原線圈匝數(shù)和電壓都不變，則每匝上電壓仍為0.25V。所以有U1U20.36V0.25V二 144解題指導(dǎo)本題主要是讓學(xué)生通過(guò)分析后知道在實(shí)際運(yùn)用中，往往是根據(jù)電壓的需求來(lái)設(shè)計(jì)變壓器的匝數(shù)。2.如圖所示，一臺(tái)理想變壓器的原線圈匝數(shù)n1與副線圈匝數(shù)n2之比為5:1 .原線圈兩端加U=220 V的正弦交變電壓時(shí)，副線圈兩端的電壓U2為（）A.44 VB.33 VC.22 VD.11 V詳細(xì)解答由 錯(cuò)誤！未找到引用

10、源。 可得錯(cuò)誤！未找到引用源。，故選項(xiàng)A正確。解題指導(dǎo)本題主要考查學(xué)生對(duì)變壓器變壓關(guān)系的掌握。3. 如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為 4: 1 ,原線圈兩端接u=220匚sin 100 n t(V)的交流電源，副線圈兩端接R=55Q的負(fù)載電阻，電表均為理想交流電表.則下列說(shuō)法中正確的是()A .畐y線圈中輸出交流電的頻率為12.5HzB .副線圈中電壓表的示數(shù)為55 'VC .變壓器的輸入功率為 110WD .原線圈中的電流表 A的示數(shù)為0.25A詳細(xì)解答根據(jù)瞬時(shí)值的表達(dá)式可以求得輸出電壓的有效值、周期和頻率等，再根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比即可求得結(jié)論。變壓器不會(huì)改變電流的頻率，則

11、副線圈輸出電流的' =50Hz,故A錯(cuò)誤；由瞬2K時(shí)值的表達(dá)式可知原線圈的電壓的有效值為U=220V,理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為4: 1,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知，副線圈的電壓的有效值為 55V,即為電壓表的讀數(shù)， 故B錯(cuò)誤;變壓器的輸入功率和輸出功率相等，副線圈的功率為P= =55W所以原線圈中的輸入功55率也為55W故C錯(cuò)誤；副線圈的電流為丨2= '=1A,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比可得，原線圈的55電流大小為I 1=0.251 2=0.25A，故D正確。解題指導(dǎo)掌握理想變壓器的電壓、電流之間的關(guān)系，即電壓與匝數(shù)成正比，電流與匝數(shù)成反比。知道正弦交變電流最大值和有效值之間的關(guān)系即

12、可解決本題。4. 如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1： n2=10 : 1，原線圈接入電壓u=220 :sin100 n (v)的交流電源，電壓表和電流表對(duì)電路的影響可忽略不計(jì)，定值電阻R=10 Q,可變電阻A .副線圈中交變電流的頻率為 100HzB .t=0.02s時(shí)，電壓表的示數(shù)為 22VC .調(diào)節(jié)可變電阻 R'的阻值時(shí)，電流表示數(shù)的變化范圍為0.11A0.22AD .當(dāng)可變電阻阻值為10Q時(shí)，變壓器的輸入電功率為242W詳細(xì)解答B(yǎng)C電流的頻率是由電壓決定的，所以原副線圈中電流的頻率是一樣的，都為50Hz，所以A錯(cuò)誤；電壓表的示數(shù)為電路的有效電壓的大小，原線圈的有效電壓為2