資源簡介

3　變壓器
第1課時　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
學習任務一　變壓器的原理
[模型建構] 如圖所示,觀察可拆變壓器,說說變壓器由哪些部件構成.


例1 (多選)[2023·沙市中學月考] 如圖所示,變壓器的原線圈兩端連接導軌,副線圈和電阻R相連構成閉合回路,導體棒在垂直于導軌平面的勻強磁場中沿導軌向右勻速切割磁感線.下列說法正確的是 (　)
A.電壓表V1的示數不為零
B.電壓表V1的示數為零
C.電壓表V2的示數不為零
D.電壓表V2的示數為零
[反思感悟]
【要點總結】
1.理想變壓器的特點
(1)沒有“銅損”(線圈電阻為零,不發熱)
(2)沒有“鐵損”(鐵芯中無渦流,不發熱)
(3)沒有“漏磁”(磁通量全部集中在鐵芯中)
2.變壓器的工作原理
學習任務二　實驗:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
【實驗目的】
探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的定量關系.
【實驗原理】
原線圈通入正弦交流電時,會在鐵芯中產生變化的磁場,從而在副線圈中產生感應電動勢,副線圈中就存在輸出電壓.通過改變原、副線圈匝數和原線圈兩端的電壓,探究原、副線圈的電壓與匝數的關系.
【實驗器材】
可拆變壓器、學生電源(低壓交流電源)、多用電表、開關、導線若干.
【實驗步驟】
1.按如圖所示連接好電路圖,并記錄兩個線圈的匝數.
2.接通學生電源,用多用電表的交流電壓擋測量原、副線圈兩端的電壓值U1、U2,并記錄在表格中.
3.保持匝數不變,多次改變輸入電壓,記錄每次改變電壓后原、副線圈兩端的電壓值.
4.保持輸入電壓、原線圈的匝數不變,多次改變副線圈的匝數,記錄每次的副線圈匝數和對應的電壓值.
【數據處理】
數據記錄示例如下表,計算每組對應的和的值.
次數 n1(匝) n2(匝) U1/V U2/V
1
2
3
…
【實驗結論】
在誤差允許的范圍內,變壓器原、副線圈兩端電壓之比等于原、副線圈的匝數之比,即=.
例2 [2023·江蘇蘇州中學期末] 在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗中:
(1)為了確保實驗的安全,下列做法正確的是　　　　(填選項前的字母).
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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,可不經檢查電路連接是否正確,直接接通電源
C.因為使用電壓較低,所以通電時可用手直接接觸裸露的導線、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)某實驗小組通過實驗,記錄的數據如下表:
原線圈匝數n1(匝) 100 200 400 400
副線圈匝數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
通過分析實驗數據可得出的實驗結論是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.
(3)一次實驗中,變壓器原、副線圈的匝數分別為400匝和200匝,測得的電壓分別為8.00 V和3.90 V,據此可知電壓比與匝數比并不相等,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.(至少寫出兩個原因)
[反思感悟]
【注意事項】
1.連接好電路后,同組同學分別獨立檢查,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12 V.
3.使用多用電表交流電壓擋測電壓時,先用最大量程擋試測,然后再用適當的擋位進行測量.
【誤差分析】
1.實驗所用的可拆變壓器存在各種損耗.
2.多用電表的讀數存在誤差.
1.(變壓器的原理)(多選)關于理想變壓器的工作原理,以下說法正確的是 (　)
A.通過正弦交變電流的原線圈產生的磁通量不變
B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都相等
C.穿過副線圈的磁通量變化使得副線圈產生感應電動勢
D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈
2.(變壓器的原理)如圖所示的理想變壓器正常工作時,原、副線圈中可能不相同的物理量為 (　)
A.每匝線圈中磁通量的變化率
B.交變電流的頻率
C.原線圈的輸入功率和副線圈的輸出功率
D.原線圈中的感應電動勢和副線圈中的感應電動勢
3.(實驗步驟和數據處理)[2023·江西九江一中月考] 在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗中,操作步驟如下:
①將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上;
②閉合電源開關,用多用電表的交流電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓;
③將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流電源輸出端上,另一個作為副線圈,接上小燈泡;
④將原線圈與副線圈對調,重復以上步驟.
(1)以上操作的合理順序是　　　　(填步驟前的數字序號).
(2)如圖所示,在實驗中,兩線圈的匝數n1=1600、n2=400,當n1對應原線圈時,原線圈兩端電壓為16 V,副線圈兩端電壓為4 V;原線圈與副線圈對調后,原線圈兩端電壓為8 V時,副線圈兩端電壓為32 V,那么可初步確定:原線圈與副線圈對調前,變壓器原、副線圈兩端的電壓U1、U2與線圈匝數n1、n2的關系是　　　　　　　　.
4.(實驗器材和誤差分析)(1)在探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系實驗中,小李同學采用了如圖所示的可拆式變壓器(鐵芯不閉合)進行研究.
①實驗還需下列器材中的　　　　(填選項字母).
②實驗中,變壓器的原線圈接“0;8”接線柱,副線圈接“0;4”接線柱,若副線圈所接電表的示數為5.0 V,則所接電源電壓擋位為　　　　(填選項前的字母).
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.18.0 V
B.10.0 V
C.5.0 V
D.2.5 V
(2)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”實驗中,可拆變壓器如圖所示.為了減小渦流在鐵芯中產生的熱量,鐵芯是由相互絕緣的硅鋼片平行疊成.硅鋼片應平行于　　　　(填選項前的字母).
A.平面abcd
B.平面abfe
C.平面abgh
D.平面aehd
3　變壓器
第1課時　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
[模型建構] 變壓器的構造如圖所示,變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的原線圈和副線圈組成的,與交流電源相連的線圈叫原線圈,與負載相連的線圈叫副線圈.
例1　AD　[解析] 當導體棒做勻速直線運動切割磁感線時,導體棒中產生恒定的感應電動勢,所以電壓表V1的示數不為零,A正確,B錯誤;由于導體棒中產生的感應電動勢恒定,變壓器原線圈中的電流恒定,使得穿過變壓器副線圈的磁通量不變,副線圈所在回路沒有感應電動勢,所以電壓表V2的示數為零,C錯誤,D正確.
例2　(1)D　(2)在誤差允許范圍內,變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數比　(3)有漏磁、鐵芯發熱、導線發熱等
[解析] (1)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錯誤;實驗通電前必須先檢查電路連接是否正確,B錯誤;實驗通電時用手接觸裸露的導線、接線柱等,會將人體并聯進電路中,導致所測數據不準確,同時存在安全隱患,故C錯誤;使用多用電表測電壓時,先用最高量程擋試測,再選用恰當的擋位進行測量,故D正確.
(2)通過分析實驗數據可得出的實驗結論是,在誤差允許范圍內,變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數比.
(3)電壓比與匝數比并不相等,主要原因是變壓器不是理想的,故有漏磁、鐵芯發熱、導線發熱等影響副線圈兩端電壓.
隨堂鞏固
1.BC　[解析] 由于B∝I,而面積S不變,故Φ∝I,A錯誤.因理想變壓器無漏磁,故B正確.穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產生感應電動勢,符合法拉第電磁感應定律,C正確.變壓器的工作原理是互感現象,原、副線圈并沒有直接相連,故D錯誤.
2.D　[解析] 理想變壓器是沒有能量損耗的變壓器,所以通過每匝線圈的磁通量相等,磁通量的變化率相等,輸入功率等于輸出功率,故A、C錯誤;根據變壓器的工作原理可知,原、副線圈中交流電的頻率相同,故B錯誤;由以上分析可知,每匝線圈中的磁通量變化率相同,而原、副線圈的匝數可能不同,故原、副線圈中的感應電動勢可能不同,故D正確.
3.(1)①③②④　(2)=
[解析] (1)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗中,首先將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上;再將匝數較多的一組線圈接到學生電源的交流電源輸出端上,另一個作為副線圈,接上小燈泡;閉合電源開關,用多用電表的交流電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓;最后將原線圈與副線圈對調,重復以上步驟,順序為①③②④.
(2)根據法拉第電磁感應定律可知,原、副線圈的磁通量的變化率相同,則感應電動勢的大小與匝數成正比,兩線圈的匝數分別為n1=1600,n2=400,當n1對應原線圈時,U1=16 V,副線圈兩端電壓U2=4 V,有=;當原線圈與副線圈對調后,U'1=8 V時,U'2=32 V,此時U'2對應n1,而U'1對應n2,有=.
4.(1)①AD　②A　(2)D
[解析] (1)①變壓器的原理是互感現象,原線圈中接交流電源時,變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數的關系為=,需要測電壓,所以需要一個測交流電壓的儀器,選項A、D正確,B、C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的關系為=,若變壓器的原線圈接“0;8”接線柱,副線圈接“0;4”接線柱,若副線圈所接電表的示數為5.0 V,那么原線圈的電壓為U1=×5 V=10 V;如今可拆式變壓器鐵芯不閉合,要使副線圈所接電表的示數為5.0 V,那么原線圈的電壓必須大于10 V,選項A正確,B、C、D錯誤.
(2)為了減小渦流在鐵芯中產生的熱量,硅鋼片應平行于平面aehd,選項D正確.

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