第2课时实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
(实验课—基于经典科学探究)
一、实验装置
二、实验原理
交变电流通过原线圈时，在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时，输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。
一、实验步骤
1．如图所示，连接好电路，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．保持原线圈输入的电压和原线圈匝数不变，用多用电表交流电压挡测量原线圈电压，并记录在表格中。
3．改变副线圈匝数，用多用电表分别测量副线圈上的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。
4．保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，用多用电表分别测量副线圈上的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。
二、实验结论
实验分析表明，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比，即＝。
三、误差分析
由于存在能量损耗，所以副线圈测量电压值应小于理论电压值。
四、注意事项
1．在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。
2．为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。
3．为了保证多用电表的安全，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。
[关键点反思]
1．进行数据分析时一般会发现副线圈输出电压都偏小，产生这一误差的原因可能是什么？
2.用多用电表交流电压挡测电压时应注意什么问题？
考法(一) 实验基本操作
[例1] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。
(1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是________。
A．为了保证人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V
B．连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源
C．因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线和接线柱
D．为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测
(2)某实验小组通过实验，记录的数据如下表：
原线圈匝数n1(匝) 100 200 400 400
副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800
原线圈两端的电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86
副线圈两端的电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64
通过分析实验数据可得出的实验结论是________________________________________
________________________________________________________________________。
[微点拨]
本题考查了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中操作的注意事项，检查电路连接正确后再接通电路，且只能使用低压交流电源。
考法(二) 数据处理和误差分析
[例2] 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图甲所示。
(1)观察变压器的铁芯，它的结构和材料是________。
A．整块硅钢铁芯
B．整块不锈钢铁芯
C．由绝缘的铜片叠成的
D．由绝缘的硅钢片叠成的
(2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数________(填“多”或“少”)。
(3)以下给出的器材中，本实验需要用到的是________。
(4)在实际实验中将电源接在原线圈“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则原线圈的输入电压可能为________。
A．1.5 V B．6.0 V C．7.0 V
(5)等效法、理想模型法是重要的物理学方法，合理采用物理学方法会让问题变得简单，这体现了物理学科“化繁为简”之美。理想变压器是一种理想化模型。如图乙所示，心电图仪(将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为左侧虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联)与一理想变压器的原线圈连接，一电阻箱R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻)。在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节电阻箱R的过程中，当＝________时，R获得的功率最大。
[微点拨]
(1)变压器工作时铁芯中存在变化的磁通量，为减少因铁芯中产生较大的涡流引起的能量损失，铁芯由绝缘的硅钢片叠成。
(2)理想变压器原、副线圈功率相等，低压线圈匝数少、电流大、导线粗。
(3)题干中的“实际实验”意味着变压器不是理想变压器，存在漏磁、铁芯发热、导线发热等损失电压的情况，原线圈所接电压会略大于理论值。
考法(三) 源于经典实验的创新考查
[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电阻挡先后测量了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)。
[创新分析]
(1)利用多用电表测电阻的形式简单地判断匝数的多少。
(2)利用转化法定量测定变压器的匝数。
1．(2024·河南开封期末)某同学从家里旧电器上拆得一环形变压器(如图)，但变压器的铭牌已经污损，
无法看清参数。该同学利用高中所学知识来探究该变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系，操作步骤如下：
(1)确定绕组：结合铭牌残存数据可知，图中1、2为输入端，3、4和5、6为两输出端，用多用电表电阻挡测量发现都导通。
(2)测量变压器的原、两副线圈匝数分别为n1、n2和n3：先在该变压器闭合铁芯上紧密缠绕n＝80匝漆包细铜线，并将理想交流电压表接在细铜线两端，然后在原线圈(1、2端)上输入有效值为220 V的交流电，若理想交流电压表的示数为4.0 V，则原线圈的匝数n1＝_________；把理想交流电压表分别接在3、4和5、6端，示数分别为12.0 V、5 V，则副线圈的匝数n2＝________，n3＝_________。
(3)该同学通过裸露部分观察，发现该变压器使用了两种规格的铜线绕制，结合前面数据可以推想，其中较粗的铜线属于__________(填“原线圈”或“副线圈”)。
(4)考虑到变压器工作时有漏磁损失，实验中测得的原线圈匝数_________(填“大于”“等于”或“小于”)原线圈的实际匝数。
2．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中：
(1)原线圈中接入的电源是________。
A．电压为220 V交流电源
B．学生电源12 V以下直流输出端
C．学生电源12 V以下交流输出端
(2)如图所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是________。
A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变
C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起
(3)理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素。
3．(2024·河南郑州期中)某同学学完变压器的工作原理后，利用如图甲所示的可拆卸变压器探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。请回答下列问题：
(1)变压器的工作原理是________。
A．电流的磁效应
B．通电导线间的相互作用
C．电磁感应现象
(2)探究时，变压器原线圈的接线柱应接在学生电源的______(填“P”或“Q”)接线柱上。
(3)该同学组装好变压器，原线圈接“0”“16”，副线圈接“0”“4”，将多用电表的旋钮置于交流电压挡10 V处，并将多用电表接在原线圈两端，示数如图丙所示，则副线圈输出电压的理论值为________；而考虑到实际，副线圈输出电压的实际值可能为________。(均填字母代号)
A．0 V B．1.8 V
C．1.5 V D．28.8 V
(4)由以上分析可知，该变压器为降压变压器，如果该变压器可视为理想变压器，则变压器的原线圈应用________(填“较粗”或“较细”)导线。
4．利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系：
(1)除图中所示器材外，还需要的器材有________。
A．干电池 B．低压交流电源
C．直流电压表 D．多用电表
(2)下列说法正确的是________。
A．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B．变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”能量的作用
C．理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同
D．变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
(3)由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当________(选填“大于”“等于”或“小于”)原、副线圈的匝数比。
第2课时 实验：探究变压器原、副线圈电压
与匝数的关系
2
1．提示：(1)由于漏磁，通过原、副线圈每一匝的磁通量不严格相等造成误差；(2)原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)造成误差；(3)铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。
2．提示：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。
3
[例1] 解析：(1)变压器改变的是交流电压，因此为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，A错误；实验通电前必须要先检查电路是否正确，通电时若用手接触裸露的导线和接线柱，会将人体并联接入电路中，导致所测数据不准确，同时也有安全隐患，B、C错误；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。
(2)分析每组实验数据，可知与的值近似相等，可得出的实验结论是在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比。
答案：(1)D (2)在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比
[例2] 解析：(1)观察变压器的铁芯，它是由绝缘的硅钢片叠成的，故选D。
(2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据＝可知，匝数少的线圈通过的电流大，则导线越粗，线圈匝数越少。
(3)实验中变压器原线圈需要输入交流电压，而干电池只能输出直流电压，学生电源可以输出交流电压，故选B；实验中变压器副线圈输出交流电压，而直流电压表只能测量直流电压，多用电表可以测量交流电压，故选D。
(4)若为理想变压器，则变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为＝，根据题意，副线圈两端的电压为3.0 V，则原线圈两端的电压为U1＝2×3.0 V＝6.0 V，考虑到实际变压器不是理想变压器，存在漏磁等现象，则原线圈的输入电压要大于6.0 V，可能为7.0 V，故选C。
(5)把变压器和R等效为一个电阻R1，把R0视为电源内阻，当内、外电阻相等，即R0＝R1时，电源输出功率最大，根据＝，得＝，代入I1n1＝I2n1，解得R＝2R1＝2R0，即＝2。
答案：(1)D (2)少 (3)BD (4)C (5)2
[例3] 解析：(1)电阻挡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，由题图乙可知，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)根据理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比，有＝，则nA＝n。
答案：(1)A (2)见解析 (3)n
4
1．解析：(2)根据理想变压器变压规律得＝，＝，＝
解得n1＝4 400，n2＝240，n3＝100。
(3)由实验数据可知，变压器为降压变压器，副线圈电流大一些，所以需要较粗铜线绕制。
(4)变压器的铁芯漏磁，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故实验中测得的原线圈匝数大于原线圈的实际匝数。
答案：(2)4 400 240 100 (3)副线圈 (4)大于
2．解析：(1)做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验时，为了保证人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，故A、B错误，C正确。
(2)与变压器未通电时相比较，通电时，线圈产生磁性，对横条铁芯具有吸引力，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；若仅增加原线圈绕制的圈数，根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知，输出电压减小，小灯泡的亮度将降低，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知，输出电压增大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，根据变流比可知，输入电流增大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，故C正确。
(3)理想变压器模型应忽略的次要因素如下：
①不计漏磁，即通过原、副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失；
②不计原、副线圈的电阻，因而不计线圈的内能损失；
③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的内能损失。
答案：(1)C (2)AC (3)见解析
3．解析：(1)变压器的工作原理是电磁感应现象，故选C。
(2)本实验需要用到的是交流电源，可用学生电源交流输出挡，所以应接在学生电源的Q接线柱上。
(3)由于交流电压挡的量程为10 V，则读数为7.2 V，又由题意可知，原、副线圈的匝数比为＝，由＝可得，副线圈输出电压的理论值为U2＝1.8 V，故选B；考虑到实际，变压器在正常工作时应有能量损失，则有>，解得副线圈输出电压的实际值为U2<1.8 V，且大于0，故选C。
(4)理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知，副线圈应用较粗的导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。
答案：(1)C (2)Q (3)B C (4)较细
4．解析：(1)实验中若用干电池，变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，B需要；需要用多用电表测量交流电压，D需要。
(2)变压器是通过互感工作的，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”能量的作用，故B正确；理想变压器的原、副线圈通过铁芯共用同一个磁场，则两线圈的磁通量总是相同，磁通量的变化率也相同，故C正确；变压器的原线圈两端电压由电源提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不为零，故D错误。
(3)理想变压器原、副线圈两端电压之比等于原、副线圈匝数之比，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，则原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。
答案：(1)BD (2)BC (3)大于
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实验:探究变压器原、副线圈
电压与匝数的关系
(实验课—基于经典科学探究)
第2课时
1
1.实验准备——原理、器材和装置
2
2.实验操作——过程、细节和反思
3
3.实验考法——基础、变通和创新
4
4.训练评价——巩固、迁移和发展
CONTENTS
目录
1.实验准备——原理、器材和装置
一、实验装置
二、实验原理
交变电流通过原线圈时,在铁芯中产生变化的磁场,副线圈中产生感应电动势,其两端有输出电压。线圈匝数不同时,输出电压不同,实验通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压与匝数的关系。
2.实验操作——过程、细节和反思
一、实验步骤
1.如图所示,连接好电路,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.保持原线圈输入的电压和原线圈匝数不变,用多用电表交流电压挡测量原线圈电压,并记录在表格中。
3.改变副线圈匝数,用多用电表分别测量副线圈上的电压,把匝数、电压的对应数据记录在表格中。
4.保持副线圈匝数不变,改变原线圈匝数,用多用电表分别测量副线圈上的电压,把匝数、电压的对应数据记录在表格中。
二、实验结论
实验分析表明,在误差允许的范围内,原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数比,即=。
三、误差分析
由于存在能量损耗,所以副线圈测量电压值应小于理论电压值。
四、注意事项
1.在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关,再进行操作。
2.为了保证人身安全,学生电源的电压不能超过12 V,通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。
3.为了保证多用电表的安全,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。
1.进行数据分析时一般会发现副线圈输出电压都偏小,产生这一误差的原因可能是什么
提示:(1)由于漏磁,通过原、副线圈每一匝的磁通量不严格相等造成误差;(2)原、副线圈有电阻,原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)造成误差;(3)铁芯中有磁损耗,产生涡流造成误差。
关键点反思
2.用多用电表交流电压挡测电压时应注意什么问题
提示: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。
3.实验考法——基础、变通和创新
[例1] 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。
(1)为了确保实验的安全,下列做法正确的是 。
A.为了保证人身安全,只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12 V
B.连接好电路后,可不经检查电路是否正确,直接接通电源
C.因为使用电压较低,通电时可用手直接接触裸露的导线和接线柱
D.为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测
考法(一) 实验基本操作
D
[解析] 变压器改变的是交流电压,因此为了保证人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,A错误;实验通电前必须要先检查电路是否正确,通电时若用手接触裸露的导线和接线柱,会将人体并联接入电路中,导致所测数据不准确,同时也有安全隐患,B、C错误;使用多用电表测电压时,先用最大量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量,故D正确。
(2)某实验小组通过实验,记录的数据如下表:
原线圈匝数n1(匝) 100 200 400 400
副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800
原线圈两端的 电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86
副线圈两端的 电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64
通过分析实验数据可得出的实验结论是 。
[解析] 分析每组实验数据,可知与的值近似相等,可得出的实验结论是在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比。
在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比
[微点拨]
本题考查了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中操作的注意事项,检查电路连接正确后再接通电路,且只能使用低压交流电源。
[例2] 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”
实验中,可拆变压器如图甲所示。
(1)观察变压器的铁芯,它的结构和材料是 。
A.整块硅钢铁芯 B.整块不锈钢铁芯
C.由绝缘的铜片叠成的 D.由绝缘的硅钢片叠成的
[解析] 观察变压器的铁芯,它是由绝缘的硅钢片叠成的,故选D。
考法(二) 数据处理和误差分析
D
(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,导线粗的线圈匝数_____
(填“多”或“少”)。
[解析] 观察两个线圈的导线,发现粗细不同,根据=可知,匝数少的线圈通过的电流大,则导线越粗,线圈匝数越少。
少
(3)以下给出的器材中,本实验需要用到的是 。
BD
[解析] 实验中变压器原线圈需要输入交流电压,而干电池只能输出直流电压,学生电源可以输出交流电压,故选B;实验中变压器副线圈输出交流电压,而直流电压表只能测量直流电压,多用电表可以测量交流电压,故选D。
(4)在实际实验中将电源接在原线圈“0”和“8”两个接线柱之间,用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V,则原线圈的输入电压可能为 。
A.1.5 V B.6.0 V C.7.0 V
[解析] 若为理想变压器,则变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为=,根据题意,副线圈两端的电压为3.0 V,则原线圈两端的电压为U1=2×3.0 V=6.0 V,考虑到实际变压器不是理想变压器,存在漏磁等现象,则原线圈的输入电压要大于6.0 V,可能为7.0 V,故选C。
C
(5)等效法、理想模型法是重要的物理学方法,合理
采用物理学方法会让问题变得简单,这体现了物理学科
“化繁为简”之美。理想变压器是一种理想化模型。如
图乙所示,心电图仪(将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器,其输出部分可以等效为左侧虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联)与一理想变压器的原线圈连接,一电阻箱R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为n1、n2(右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻)。
在交流电源的电压有效值U0不变的情况下,调节电阻箱R的过程中,当= 时,R获得的功率最大。
[解析] 把变压器和R等效为一个电阻R1,把R0视为电源内阻,当内、外电阻相等,即R0=R1时,电源输出功率最大,根据=,得=,代入I1n1=I2n1,解得R=R1=R0,即=。
[微点拨]
(1)变压器工作时铁芯中存在变化的磁通量,为减少因铁芯中产生较大的涡流引起的能量损失,铁芯由绝缘的硅钢片叠成。
(2)理想变压器原、副线圈功率相等,低压线圈匝数少、电流大、导线粗。
(3)题干中的“实际实验”意味着变压器不是理想变压器,存在漏磁、铁芯发热、导线发热等损失电压的情况,原线圈所接电压会略大于理论值。
[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。
考法(三) 源于经典实验的创新考查
(1)某同学用一多用电表的同一电阻挡先后测量了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”)。
[解析] 电阻挡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,由题图乙可知,a位置指针偏角小,线圈A的电阻大,线圈A的匝数较多。
A
(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) 。
[解析] 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。
见解析
(3)A线圈的匝数为nA= (用所测物理量符号表示)。
[解析] 根据理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比,有=,则nA=n。
n
[创新分析]
(1)利用多用电表测电阻的形式简单地判断匝数的多少。
(2)利用转化法定量测定变压器的匝数。
4.训练评价——巩固、迁移和发展
1.(2024·河南开封期末)某同学从家里旧电器
上拆得一环形变压器(如图),但变压器的铭牌已经
污损,无法看清参数。该同学利用高中所学知识来
探究该变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系,操作步骤如下:
(1)确定绕组:结合铭牌残存数据可知,图中1、2为输入端,3、4和5、6为两输出端,用多用电表电阻挡测量发现都导通。
(2)测量变压器的原、两副线圈匝数分别为n1、n2和n3:先在该变压器闭合铁芯上紧密缠绕n=80匝漆包细铜线,并将理想交流电压表接在细铜线两端,然后在原线圈(1、2端)上输入有效值为220 V的交流电,若理想交流电压表的示数为4.0 V,则原线圈的匝数n1= ;把理想交流电压表分别接在3、4和5、6端,示数分别为12.0 V、5 V,则副线圈的匝数n2= ,n3= 。
4 400
240
100
解析:根据理想变压器变压规律得=,
=,=
解得n1=4 400,n2=240,n3=100。
(3)该同学通过裸露部分观察,发现该变压器使用了两种规格的铜线绕制,结合前面数据可以推想,其中较粗的铜线属于 (填“原线圈”或“副线圈”)。
解析:由实验数据可知,变压器为降压变压器,副线圈电流大一些,所以需要较粗铜线绕制。
副线圈
(4)考虑到变压器工作时有漏磁损失,实验中测得的原线圈匝数
(填“大于”“等于”或“小于”)原线圈的实际匝数。
解析:变压器的铁芯漏磁,会造成副线圈电压实际值比理论值小,故实验中测得的原线圈匝数大于原线圈的实际匝数。
大于
2.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中:
(1)原线圈中接入的电源是 。
A.电压为220 V交流电源
B.学生电源12 V以下直流输出端
C.学生电源12 V以下交流输出端
C
解析:做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验时,为了保证人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,故A、B错误,C正确。
(2)如图所示,某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端,副线圈接小灯泡。下列说法正确的是 。
AC
A.与变压器未通电时相比较,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B.若仅增加原线圈绕制的圈数,小灯泡的亮度将保持不变
C.若仅增加副线圈绕制的圈数,学生电源的过载指示灯可能会亮起
解析:与变压器未通电时相比较,通电时,线圈产生磁性,对横条铁芯具有吸引力,此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力,故A正确;若仅增加原线圈绕制的圈数,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知,输出电压减小,小灯泡的亮度将降低,故B错误;若仅增加副线圈绕制的圈数,根据原、副线圈的电压比等于匝数比可知,输出电压增大,根据欧姆定律可知,输出电流增大,根据变流比可知,输入电流增大,学生电源的过载指示灯可能会亮起,故C正确。
(3)理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素。
答案:见解析
解析:理想变压器模型应忽略的次要因素如下:
①不计漏磁,即通过原、副线圈每匝线圈的磁通量都相等,因而不计磁场能损失;
②不计原、副线圈的电阻,因而不计线圈的内能损失;
③不计铁芯中产生的涡流,因而不计铁芯的内能损失。
3.(2024·河南郑州期中)某同学学完变压器的工作
原理后,利用如图甲所示的可拆卸变压器探究变压器
原、副线圈的电压与匝数的关系。请回答下列问题:
(1)变压器的工作原理是 。
A.电流的磁效应
B.通电导线间的相互作用
C.电磁感应现象
解析:变压器的工作原理是电磁感应现象,故选C。
C
(2)探究时,变压器原线圈的接线柱应接在学生电源的 (填“P”或“Q”)接线柱上。
解析:本实验需要用到的是交流电源,可用学生电源交流输出挡,所以应接在学生电源的Q接线柱上。
Q
(3)该同学组装好变压器,原线圈接“0”“16”,副线圈接“0”“4”,将多用电表的旋钮置于交流电压挡10 V处,并将多用电表接在原线圈两端,示数如图丙所示,则副线圈输出电压的理论值为 ;而考虑到实际,副线圈输出电压的实际值可能为 。(均填字母代号)
A.0 V B.1.8 V
C.1.5 V D.28.8 V
B
C
解析:由于交流电压挡的量程为10 V,则读数为7.2 V,又由题意可知,原、副线圈的匝数比为=,由=可得,副线圈输出电压的理论值为U2=1.8 V,故选B;考虑到实际,变压器在正常工作时应有能量损失,则有>,解得副线圈输出电压的实际值为U2<1.8 V,且大于0,故选C。
(4)由以上分析可知,该变压器为降压变压器,如果该变压器可视为理想变压器,则变压器的原线圈应用 (填“较粗”或“较细”)导线。
解析:理想变压器的输入功率等于输出功率,因为是降压变压器,所以副线圈的电压小于原线圈的电压,而功率又相等,所以副线圈的电流大于原线圈的电流,为了减少功率损失,根据电阻定律可知,副线圈应用较粗的导线绕制,故应将较细的线圈作为原线圈。
较细
4.利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系:
(1)除图中所示器材外,还需要的器材有 。
A.干电池 B.低压交流电源
C.直流电压表 D.多用电表
解析:实验中若用干电池,变压器不能互感变压,必须要有低压交流电源提供交流电,B需要;需要用多用电表测量交流电压,D需要。
BD
(2)下列说法正确的是 。
A.变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B.变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”能量的作用
C.理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同
D.变压器副线圈上不接负载时,原线圈两端电压为零
BC
解析:变压器是通过互感工作的,而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈,故A错误;变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到“传递”能量的作用,故B正确;理想变压器的原、副线圈通过铁芯共用同一个磁场,则两线圈的磁通量总是相同,磁通量的变化率也相同,故C正确;变压器的原线圈两端电压由电源提供,则副线圈上不接负载时,原线圈两端的电压不为零,故D错误。
(3)由于变压器工作时有能量损失,实验测得的原、副线圈的电压比应当 (选填“大于”“等于”或“小于”)原、副线圈的匝数比。
解析:理想变压器原、副线圈两端电压之比等于原、副线圈匝数之比,实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损,导致变压器的铁芯损失一部分的磁通量,所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值,则原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。
大于
