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實驗13　探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系 實驗原理 原線圈通過電流時，鐵芯中產生磁場，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷的變化，變化的磁場在副線圈中產生感應電動勢，副線圈中就存在輸出電壓。本實驗通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓與匝數的關系。 實驗器材 兩只多用電表(或兩只交直流數字電壓表)、學生電源(低壓交流電源)、開關、可拆變壓器、導線若干。 實驗過程 1.多用電表交流電壓擋量程選擇及讀數：要先估計被測電壓的大致范圍，再選擇恰當的量程，若不知道被測電壓的大致范圍，則應選擇交流電的最大量程進行測量。 2.可拆變壓器的組裝：把兩個線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯。 3.設計實驗數據記錄表： n1 n2 n3 n4 1 2 3 4.輸入、輸出端電壓的測量：用交流電壓表測量輸入、輸出電壓。 5.改變輸入端電壓，重新測量輸入、輸出端電壓：改變輸入電壓，輸出電壓也隨之改變，但是兩者的比值不變。 6.對調原、副線圈，重新測量輸入、輸出端電壓：對調原、副線圈后，輸出端電壓發(fā)生變化，兩者的比值為對調前的倒數。 7.改變線圈匝數，重新測量輸入、輸出端電壓：改變線圈匝數后，輸出電壓隨之變化，輸入、輸出電壓的比值也隨之變化。 8.實驗結果分析及結論得出：在誤差允許的范圍內，變壓器線圈兩端的電壓與匝數成正比，數學表達式為：＝。 注意事項 1.在改變學生電源電壓、線圈匝數前均要先斷開開關，再進行操作。 2.為了人身安全學生電源的電壓不能超過12 V，不能用手接觸裸露的導線和接線柱。 3.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，大致確定被測電壓后再選用適當的量程進行測量。 【例】　(20174月浙江選考)(1)為完成“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”的實驗，必須要選用的是______(多選)。 A.有閉合鐵芯的原副線圈； B.無鐵芯的原副線圈； C.交流電源； D.直流電源； E.多用電表(交流電壓擋)； F.多用電表(交流電流擋)。 用匝數na＝60匝和nb＝120匝的變壓器，實驗測量數據如下表： Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 根據測量數據可判斷連接電源的線圈是________(填na或nb)。 (2)用如圖1所示的裝置做“探究感應電流方向的規(guī)律”實驗，磁體從靠近線圈的上方靜止下落。當磁體運動到如圖所示的位置時，流過線圈的感應電流方向從________(填“a到b”或“b到a”)。在磁體穿過整個線圈的過程中，傳感器顯示的電流i隨時間t的圖象應該是________。 圖1 解析　(1)為了完成變壓器的實驗探究，需要使用交流電源、多用電表(交流電壓擋)。為了讓變壓效果明顯需要含有閉合鐵芯的原、副線圈，因此正確答案為A、C、E； 由于有漏磁，所以副線圈測量電壓應該小于理論變壓值，即nb為輸入端，na為輸出端。 (2)根據楞次定律可知，進入電流方向與離開時電流方向相反，選項C錯誤；由于離開時速度比進入速度快，即切割磁感線的感應電流要大，選項A正確，B、D錯誤。 答案　(1)ACE　nb　(2)b到a　A 1.(201610月浙江選考)如圖2所示，在用可拆變壓器“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”的實驗中，下列說法正確的是________(填字母)。 圖2 A.用可拆變壓器，能方便地從不同接線柱上選取不同匝數的線圈 B.測量原、副線圈的電壓，可用“測定電池的電動勢和內阻”實驗中的直流電壓表 C.原線圈接0、8接線柱，副線圈接0、4接線柱，副線圈電壓大于原線圈電壓 D.為便于探究，先保持原線圈匝數和電壓不變，改變副線圈的匝數，研究其對副線圈電壓的影響 答案　AD 2.在“探究變壓器兩個線圈的電壓關系”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______(只填步驟前數字序號)； (2)如圖3所示，在實驗中，兩線圈的匝數n1＝1 600，n2＝400，當將n1做原線圈時，U1＝16 V，副線圈兩端電壓U2＝4 V；原線圈與副線圈對調后，當U1′＝8 V時，U2′＝32 V，那么可初步確定，變壓器兩個線圈的電壓U1、U2與線圈匝數n1、n2的關系是________。 圖3 解析　(1)在“探究變壓器兩個線圈的電壓關系”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； (2)兩線圈的匝數n1＝1 600，n2＝400，當將n1做原線圈時，U1＝16 V，副線圈兩端電壓U2＝4 V；當原線圈與副線圈對調后，U1′＝8 V時，U2′＝32 V，此時U2′為原線圈的電壓，而U1′為副線圈的電壓；由上數據可得：＝。 答案　(1)①③②④　(2)＝ 3.某同學選用匝數可調的可拆變壓器來“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”實驗，變壓器原線圈兩端所接的電源應是電壓為12 V的低壓________(選填“交流電源”或“直流電源”)。先保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)；然后再保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)。上述探究副線圈兩端的電壓與匝數的關系中采用的實驗方法是________(選填“控制變量法”“轉換法”或“類比法”)。 解析　變壓器的工作原理是互感現象，故原線圈兩端所接的電源應是電壓為12 V的低壓交流電源；根據變壓比公式＝，保持原線圈的匝數不變，增加副線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓增大；根據變壓比公式＝，保持副線圈的匝數不變，增加原線圈的匝數，觀察到副線圈兩端的電壓減??；上述探究副線圈兩端的電壓與匝數的關系中采用的實驗方法是控制變量法。 答案　交流電源　增大　減小　控制變量法