【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第3章3第1課時實驗變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系課件

第三章3第1課時實驗變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標學習目標1.了解理想變壓器的概念,了解變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器,解釋自然現(xiàn)象,解決實際問題。(物理觀念)2.理解理想變壓器的匝數(shù)與電壓和電流的關(guān)系,并能用其解決基本問題;理解理想變壓器的功率關(guān)系,并能推導出原、副線圈的電流關(guān)系。(科學思維)3.通過實驗探究電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系。(科學探究)4.體會通過實驗得出的結(jié)論在實際問題中的應(yīng)用。(科學態(tài)度與責任)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)1.實驗?zāi)康奶骄孔儔浩髟?、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。2.實驗器材

交流電源可拆變壓器、學生電源、交流電表、導線若干。3.實驗原理電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場,由于交變電流的大小、方向在不斷地變化,鐵芯中的磁場強弱和方向也在不斷地變化。變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,盡管兩個線圈之間沒有導線相連,副線圈也能夠輸出電流。

當有負載并閉合時

4.實驗操作(1)按圖示電路連接實物。(2)利用學生電源在變壓器原線圈1、4兩接線柱間輸入較低交流電壓。(3)利用交流電壓表分別測量不同端點間的電壓并設(shè)計表格填入。(4)在原線圈1、4兩接線柱間輸入不同的電壓,重復(fù)以上測量,并填入表格中。(5)分析表格數(shù)據(jù),得到實驗結(jié)論。5.數(shù)據(jù)處理6.實驗結(jié)論在誤差范圍內(nèi),變壓器的各組線圈的電壓與匝數(shù)之比都為一個常數(shù),即7.注意事項(1)連接好電路后,同組同學先分別獨立檢查,然后由老師確認,電路連接無誤后,才能接通電源。(2)注意人身安全。只能用低壓交流電源,電源電壓不能超過16V。(3)使用多用電表交流電壓擋測電壓時,先用最大量程試測,然后再用適當?shù)膿跷贿M行測量。8.誤差分析(1)線圈繞組的電阻有銅損現(xiàn)象。(2)變壓器鐵芯內(nèi)有漏磁。(3)鐵芯中有發(fā)熱現(xiàn)象。易錯辨析(1)本實驗原線圈可以接到學生電源的直流輸出端。(

)(2)變壓器工作時,通過鐵芯導電把電能由原線圈輸送到副線圈。(

)(3)用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯,是為了減少渦流。(

)(4)實驗所用電壓不超過12

V,這樣可以隨意接觸裸露的導線、接線柱。(

)××√×重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一實驗原理與操作應(yīng)用體驗【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,某同學采用了如圖甲所示的可拆式變壓器進行研究,圖中各接線柱對應(yīng)的數(shù)字表示倍率為“×100”的匝數(shù)。(1)本實驗中,實驗室有下列器材:A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)B.條形磁鐵C.直流電源D.多用電表E.開關(guān)、導線若干上述器材在本實驗中不需要的有

(填器材序號),本實驗中還需要用到的器材有

。

甲

BC低壓交流電源(2)對于實驗過程,下列說法正確的有

。

A.為便于探究,應(yīng)該采用控制變量法B.變壓器的原線圈接低壓交變電流,測量副線圈電壓時應(yīng)當用多用電表的“直流電壓擋”C.使用多用電表測電壓時,先用最大量程試測,再選用適當?shù)膿跷贿M行測量D.因為實驗所用電壓較低,通電時可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路(3)實驗中,電源接變壓器原線圈“0”“8”接線柱,副線圈接“0”“4”接線柱,副線圈所接電表的示數(shù)為5.0V,若變壓器是理想變壓器,則原線圈的電壓應(yīng)為

。

A.18.0V B.10.0V C.5.0V D.2.5VACB(4)組裝變壓器時,該同學沒有將鐵芯閉合,如圖所示,原線圈接12.0V的學生電源,原、副線圈的匝數(shù)比為8∶1,副線圈兩端接交流電壓表,則交流電壓表的實際讀數(shù)可能是

。

乙

A.0 B.96.0VC.1.5V D.0.65V(5)該同學正確組裝變壓器后,把12.0V的學生交流電源接到原線圈“2”“8”接線柱(相當于600匝),副線圈接在“0”“1”接線柱,如圖乙所示。在確認電路連接無誤的情況下,接在副線圈兩端的交流電壓表的實際讀數(shù)可能是

。

A.0 B.5.8V C.2.0V D.1.5VDD解析

(1)實驗中使用的是交變電流,所以不需要直流電源,磁場是利用了電流的磁效應(yīng),所以也不需要條形磁鐵,B、C正確;本實驗中還需要用到的器材是低壓交流電源。(2)為便于探究,應(yīng)該采用控制變量法,所以A正確;變壓器的原線圈接低壓交變電流,測量副線圈電壓時應(yīng)當用多用電表的“交流電壓擋”,所以B錯誤;使用多用電表測電壓時,先用最大量程試測,再選用適當?shù)膿跷贿M行測量,所以C正確;雖然實驗所用電壓較低,但是通電時不可用手接觸裸露的導線、接線柱等檢查電路,這樣可減小實驗誤差,避免發(fā)生危險,所以D錯誤。(3)根據(jù)理想變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比規(guī)律可知,副線圈所接電表的示數(shù)為5.0

V,原線圈的電壓應(yīng)為10.0

V。故選B。(4)組裝變壓器時,該同學沒有將鐵芯閉合,則變壓器漏磁比較厲害,連接副線圈的交流電壓表的實際讀數(shù)小于理想變壓器的副線圈的讀數(shù),若為理想變壓器,則

×12

V=1.5

V,實際電壓小于1.5

V。故選D。(5)該同學正確組裝變壓器后,變壓器還是存在漏磁現(xiàn)象,還有銅損、鐵損等損耗,則連接副線圈的交流電壓表的實際讀數(shù)總是小于理想變壓器的副線圈的實際電壓,若為理想變壓器,則

×12

V=2.0

V,實際電壓小于2.0

V。故選D。對點演練1(2023北京模擬)某興趣小組的同學用如圖甲所示的可拆變壓器進行“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗。(1)下列說法正確的是

。

A.變壓器工作時,通過鐵芯導電把電能由原線圈輸送到副線圈B.變壓器工作時在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化為磁場能,在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化為電能C.理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,沒有能量損失D.變壓器副線圈上不接負載時,原線圈兩端電壓為零甲

BC(2)實際操作中將電源接在原線圈的“0”和“8”兩個接線柱之間,測得副線圈的“0”和“4”兩個接線柱之間的電壓為3.0V,則可推斷原線圈的輸入電壓可能為

。

A.3V B.5.5V C.6.0V D.6.5V(3)某電學儀器原理圖如圖乙所示,圖中變壓器為理想變壓器。左側(cè)虛線框內(nèi)的交流電源與串聯(lián)的定值電阻R0可等效為該電學儀器電壓輸出部分,該部分與一理想變壓器的原線圈連接;一可變電阻R與該變壓器的副線圈連接,原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2(右側(cè)實線框內(nèi)的電路也可以等效為一個電阻)。在交流電源的電壓有效值U0不變的情況下,調(diào)節(jié)可變電阻R,當

=

時,R獲得的功率最大。

乙D解析

(1)變壓器是通過互感工作的,而不是通過鐵芯導電把電能由原線圈輸送到副線圈,故A錯誤;變壓器工作時在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化為磁場能,在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化為電能,故B正確;理想變壓器忽略能量損失,原線圈輸入功率全部轉(zhuǎn)化為副線圈輸出功率,故C正確;變壓器的原線圈兩端電壓由發(fā)電機提供,則副線圈上不接負載時,原線圈兩端電壓不變,不為零,故D錯誤。(2)若是理想變壓器,則有變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系為當變壓器的原線圈接“0”和“8”兩個接線柱之間,副線圈接“0”和“4”兩個接線柱時,可知原、副線圈匝數(shù)比為2∶1,副線圈電壓為3

V,則原線圈電壓應(yīng)該為6

V;實際操作中,不是理想變壓器,需要考慮損失部分,則原線圈所接電壓大于6

V。故選D。探究點二數(shù)據(jù)處理與分析應(yīng)用體驗【例2】

(2023福建莆田一中高二期末)在“探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)的關(guān)系”實驗中,可拆變壓器如圖所示?？刹鹱儔浩?/p>

實驗次數(shù)n1n2U1/VU2/V180020010.02.47230010010.03.1031206010.04.96上表數(shù)據(jù)表示變壓器線圈兩端的電壓和匝數(shù)。(1)為實現(xiàn)探究目的,保持原線圈的輸入電壓一定,通過改變原、副線圈匝數(shù),測量副線圈上的電壓。這個探究過程采用的科學探究方法是

。

A.歸納總結(jié)法

B.控制變量法C.理想實驗法

D.等效替代法(2)用學生電源給原線圈供電,用多用電表測量副線圈兩端電壓,下列操作正確的是

。

A.原線圈接直流電壓,電表用直流電壓擋B.原線圈接直流電壓,電表用交流電壓擋C.原線圈接交流電壓,電表用直流電壓擋D.原線圈接交流電壓,電表用交流電壓擋(3)通過實驗得到3組實驗數(shù)據(jù)如上表所示,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,通過實驗數(shù)據(jù)分析,你的結(jié)論是

。

答案

(1)B

(2)D

(3)在誤差允許范圍內(nèi),變壓器原、副線圈的電壓比等于原、副線圈的匝數(shù)比解析

(1)為實現(xiàn)探究目的,保持原線圈輸入的電壓一定,通過改變原、副線圈匝數(shù),測量副線圈上的電壓。這個探究過程采用的科學探究方法是控制變量法。故選B。(2)變壓器的工作原理是電磁感應(yīng),用學生電源給原線圈供電應(yīng)接交流電壓,用多用電表測量副線圈兩端電壓,應(yīng)是交流電壓擋。故選D。對點演練2小華在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中,變壓器所用線圈為

“0,400”和“0,800”,實驗測量數(shù)據(jù)如下表:U1/V1.802.803.804.90U2/V4.006.018.029.98(1)根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的變壓器線圈是

(選填“0,400”或“0,800”)。

0,800(2)實驗時,小華聽到變壓器內(nèi)部有輕微的“嗡嗡”聲,他做出如下猜想,正確的是

。

A.“嗡嗡”聲是交變電流在線圈中產(chǎn)生變化磁場時發(fā)出的B.“嗡嗡”聲是副線圈中電流流動的聲音C.交變電流的磁場對鐵芯有吸引和排斥作用,使鐵芯振動發(fā)聲D.若去掉鐵芯,“嗡嗡”聲馬上消失,也能完成“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗C解析

(1)由于實際的可拆變壓器有銅損和鐵損、漏磁等,導致副線圈輸出電壓小于理想變壓器輸出電壓,因此根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷U2是電源電壓,連接電源的變壓器線圈是

“0,800”。(2)聽到變壓器內(nèi)部有輕微的“嗡嗡”聲,其原因是交變電流的磁場對鐵芯有吸引和排斥作用,使鐵芯振動發(fā)聲,故A、B錯誤,C正確;若去掉鐵芯,“嗡嗡”聲馬上消失,變壓器中磁場很小,就不能完成“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗,故D錯誤。學以致用·隨堂檢測全達標1231.(誤差分析)(2023北京八一中學高二期末)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中,某小組的同學按如圖所示組裝變壓器并進行研究。實驗時,原線圈接“0”“8”接線柱,副線圈接“0”“1”接線柱,原線圈兩端連接低壓交流電源10V擋,用交流電壓表測得副線圈兩端的電壓為0.4V,這與其他小組的正確實驗結(jié)論明顯不一致。對于這個小組實驗結(jié)論出現(xiàn)明顯偏差的原因,最有可能的是(

)A.原線圈匝數(shù)太多,電阻過大B.鐵芯沒有閉合,漏磁過多C.副線圈匝數(shù)太少,增加實驗誤差D.副線圈的電阻太小B123解析

根據(jù)變壓器的工作原理可知,若通過原、副線圈的磁通量相同,則原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比,則有實驗結(jié)論與理論結(jié)論出現(xiàn)明顯的偏差,最有可能的是:鐵芯沒有閉合,漏磁過多,使得通過副線圈的磁通量明顯小于通過原線圈的磁通量,所以副線圈兩端的電壓很小。故選B。1232.(數(shù)據(jù)處理)若在實驗中用匝數(shù)N1=400和N2=800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(

)實驗次數(shù)1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02A.N1一定是原線圈

B.N2一定是原線圈C.N1可能是原線圈

D.N2可能是副線圈B1233.(實驗原理)(2023浙江寧波北侖中學高二開學考試)(1)某同學用如圖1所示的變壓器做“探究變壓器兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗。①如圖2所示,變壓器右邊原線圈“0”和“1”接線柱所接的電源應(yīng)是圖

(選填“甲”或“乙”);

乙123②右邊“0”和“1”接線柱接電源的同時,左邊接線柱依次接“0”和“2”、“0”和“8”、“0”和“16”,測得如下數(shù)據(jù):線圈原線圈副線圈接線柱接“0”和“1”接“0”和“2”接“0”和“8”接“0”和“16”電壓/V5.611.045.092.5上述探究副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系采用的實驗