实验十八 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系\n必备知识·自主排查关键能力·分层突破\n必备知识·自主排查\n一、实验目的探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系．二、实验原理1．实验电路图2．实验方法采取控制变量法(1)n1一定，研究n2和U2的关系．(2)n2一定，研究n1和U2的关系．\n三、实验器材学生电源(低压交流电小于12V)1个、可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、多用电表(交流电压挡)1个、导线若干．\n四、实验过程1．保持原线圈的匝数n1＝400匝和电压U1＝5V不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．(1)选择原线圈的匝数n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上，将选择开关调至使原线圈两端电压为5V．将多用电表与原线圈n1＝400匝的接线柱相连接，检查原线圈的电压是否为5V，如图甲．\n表格一U1＝5V，n1＝400匝(2)将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙，读出副线圈两端的电压U2.将n2、U2的数值记录在表格一中．(3)将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙，读出副线圈两端的电压U2.将n2、U2的数值记录在表格一中．(4)将多用电表与副线圈n2＝1400匝的接线柱相连接，如图丁，读出副线圈两端的电压U2.将n2、U2的数值记录在表格一中．实验次数123n2/匝U2/V\n2．保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响．表格二U1＝5V，n2＝400匝(1)将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈．选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上．(2)将选择开关拨至5V挡．(3)将多用电表与原线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.将n1、U2的数值记录在表格二中．实验次数123n1/匝U2/V\n(4)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.将n1、U2的数值记录在表格二中．(5)保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2.将n1、U2的数值记录在表格二中．(6)拆除实验线路，整理好实验器材．\n五、数据处理分析表格一和表格二数据可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比．六、误差分析1．由于漏磁，通过原、副线圈的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．4．多用电表的读数存在误差．\n七、注意事项1．要事先推测副线圈两端电压的可能值．2．为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱．3．为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量．\n关键能力·分层突破\n考点一 教材原型实验例1(1)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)．BC解析：变压器的原理是互感现象，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；\n(2)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(3)实验前甲同学的猜想是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________，你做出上述判断所依据的物理规律是__________________．C甲法拉第电磁感应定律\n解析：(2)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，为了安全，电压选用实验室12V以下电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，综合(1)可知，应选C；(3)由变压器的工作原理可知：猜想合理的同学是甲同学．做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应定律．\n【跟进训练】1.[2022·山东泰安模拟]在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤．\n(1)以上操作的合理顺序是_________(只填步骤前的数字序号)；(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；原线圈与副线圈对调后，当U′1＝8V时，U′2＝32V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________．①③②④＝解析：(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤，顺序为①③②④.(2)两线圈的匝数n1＝1600，n2＝400，当将n1作为原线圈时，U1＝16V，副线圈两端电压U2＝4V；当原线圈与副线圈对调后，U′1＝8V时，U′2＝32V，此时U′2为原线圈的电压，而U′1为副线圈的电压，由以上数据可得：＝.\n2．在“探究变压器原、副线圈两端电压与匝数关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如下表所示．(1)实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中．实验序号原线圈两端的电压U1/V副线圈两端的电压U2/V13.97.71∶2.025.911.61∶2.037.815.21∶1.9解析：第三组数据为：＝＝.\n(2)本实验可得出结论：在误差允许的范围内，变压器线圈两端电压与匝数关系为________(用题目中给出的字母表示)．(3)该变压器是________(选填“升压”或“降压”)变压器．＝升压解析：(2)线圈匝数之比＝＝，结合表格中的数据知，在误差允许的范围内，线圈两端电压与匝数的关系是＝.(3)从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器．\n考点二 拓展创新型实验例2[2022·首都师范大学附属中学高三考试]某学生选用匝数可调的可拆变压器(该变压器视为理想变压器)，如图甲所示，做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时，保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，可以研究副线圈匝数对输出电压的影响．\n(1)在U2为纵坐标，n2为横坐标．在图乙中画出变压器的输出电压U2与匝数n2关系图像的示意图，并说明U2n2图像斜率的物理意义．解析：根据题意作出图像如图所示．U2n2图像斜率的物理意义表示每匝线圈产生的电压．\n(2)设变压器原线圈的匝数为n1，感应电动势为E1，端电压为U1；副线圈的匝数为n2，感应电动势为E2，端电压为U2.请理论推导理想变压器线圈两端的电压与匝数的关系．解析：由于互感现象没有漏磁，原、副线圈中的每匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有：E1＝n1，E2＝n2，所以联立有：＝.由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端电压U1＝E1，副线圈两端电压U2＝E2，所以有：＝.\n(3)如图丙、丁所示，是电压互感器和电流互感器的原理图(“○”中的电表未画出)，根据它们的工作原理填写下列表格．“○”中所用的电表(选填“电压表”或“电流表”)比较原线圈与副线圈导线的粗细(选填“较粗”或“较细”)丙丁\n解析：根据电压互感器和电流互感器原理和特点可填表如下：“○”中所用的电表(选填“电压表”或“电流表”)比较原线圈与副线圈导线的粗细(选填“较粗”或“较细”)丙电压表较细丁电流表较粗\n【跟进训练】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．\n(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，则A线圈的电阻为________Ω，由此可推断__________(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多．24A解析：观察多用电表测的是电阻指向“×1挡”，故A线圈的电阻为24Ω.由此可推断A的线圈匝数较多．\n(2)如果把它看成理想变压器，现要测量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).A线圈的匝数为nA＝______．(用所测物理量符号表示)n解析：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.A线圈的匝数为nA＝n(其他方法，只要合理即可)\n4．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．你能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．6V11000\n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．
