第十三章 交變電流 電磁振蕩與電磁波 傳感器 第70課時(shí)　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系 　傳感器的簡單應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)增分課

第70課時(shí)探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系傳感器的簡單應(yīng)用[實(shí)驗(yàn)增分課]1.探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系裝置原理操作要領(lǐng)數(shù)據(jù)處理誤差分析注意事項(xiàng)控制變量法（1）n1一定，研究U2和n2的關(guān)系。（2）n2一定，研究U2和n1的關(guān)系（1）保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對(duì)副線圈電壓U2的影響。（2）保持副線圈的匝數(shù)n2和電壓U1不變，改變?cè)€圈的匝數(shù)n1，研究n1對(duì)副線圈電壓U2的影響由分析獲得的數(shù)據(jù)可知，理想變壓器原、副線圈兩端電壓U1、U2之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)n1、n2之比（1）由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。（2）原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗（銅損），造成誤差。（3）鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流，造成誤差（1）為了人身安全，只能使用低壓（不超過12V）交流電源，通電時(shí)不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。（2）為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，先用最大量程擋測試，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量2.傳感器的簡單應(yīng)用裝置原理實(shí)驗(yàn)過程操作要領(lǐng)傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚?、熱、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（一般是電學(xué)量）（1）研究熱敏電阻的熱敏特性①將熱敏電阻放入燒杯中的水中，測量水溫和熱敏電阻的阻值。②改變水的溫度，多次測量水的溫度和熱敏電阻的阻值，記錄在表格中，把記錄的數(shù)據(jù)畫在R-t圖中，得圖像如圖所示。（2）研究光敏電阻的光敏特性①將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器連接好，其中多用電表置于“×100”擋。②先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。③打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的變化情況，并記錄。④用手掌（或黑紙）遮光時(shí)電阻值又是多少，并記錄（1）在做熱敏實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開水后要等一會(huì)兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫。（2）光敏實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。（3）歐姆表每次換擋后都要重新歐姆調(diào)零【典例1】利用如圖所示的裝置可以探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系：（1）除圖中所示器材外，還需要的器材有。A.干電池 B.低壓交流電源C.直流電壓表 D.多用電表（2）下列說法正確的是。A.變壓器工作時(shí)通過鐵芯導(dǎo)電把電能由原線圈輸送到副線圈B.變壓器工作時(shí)在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到“傳遞”能量的作用C.理想變壓器原、副線圈中的磁通量總是相同D.變壓器副線圈上不接負(fù)載時(shí)，原線圈兩端電壓為零（3）由于變壓器工作時(shí)有能量損失，實(shí)驗(yàn)測得的原、副線圈的電壓比U1U2應(yīng)當(dāng)（選填“大于”“等于”或“小于”）難點(diǎn)助攻第（3）問：比較“實(shí)驗(yàn)測得的原、副線圈的電壓比U1U2與原、副線圈的匝數(shù)比n1n2”的大小關(guān)系，分析該問題時(shí)關(guān)鍵要知道實(shí)驗(yàn)中的變壓器由于有銅損、磁損和鐵損，導(dǎo)致通過變壓器副線圈的磁通量比理論值要略小，聽課記錄在“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，小型可拆變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為n1＝120匝、n2＝240匝，某實(shí)驗(yàn)小組在原線圈兩端依次加上不同的電壓，用多用電表的交流電壓擋分別測量原、副線圈兩端的電壓，數(shù)據(jù)如表所示：實(shí)驗(yàn)序號(hào)原線圈兩端的電壓U1/V副線圈兩端的電壓U2/VU14.38.21∶1.925.911.81∶2.037.815.2（1）實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在表格中算出U1、U2的比值，還有一組U1、U2的比值沒有算出，把求出的結(jié)果填在表格中；（2）本實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系為（用題目中給出的字母表示）；（3）該變壓器是（選填“升壓”或“降壓”）變壓器。【典例2】在實(shí)際應(yīng)用中有多種自動(dòng)控溫裝置，以下是其中兩種控溫裝置。（1）圖（a）為某自動(dòng)恒溫箱原理圖，箱內(nèi)的電阻R1＝2kΩ，R2＝1.5kΩ，R3＝4kΩ，Rt為熱敏電阻，其電阻隨溫度變化的圖像如圖（b）所示。當(dāng)a、b兩點(diǎn)電勢φa＜φb時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)φa≥φb時(shí)，電壓鑒別器會(huì)使S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為℃，恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時(shí)Rt的取值范圍為。（2）有一種由PTC元件做成的加熱器，它產(chǎn)生的焦耳熱功率PR隨溫度t變化的圖像如圖（c）所示。該加熱器向周圍散熱的功率為PQ＝k（t－t0），其中t為加熱器的溫度，t0為室溫（本題中取20℃），k＝0.1W/℃。當(dāng)PR＝PQ時(shí)加熱器的溫度即可保持穩(wěn)定，則該加熱器工作的穩(wěn)定溫度為℃。某次工作中，該加熱器從室溫升高至穩(wěn)定溫度的過程中，下列溫度變化過程用時(shí)最短的是（填選項(xiàng)前的字母序號(hào)）。A.20～24℃ B.32～36℃C.48～52℃ D.60～64℃難點(diǎn)助攻第（1）問：求解恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時(shí)Rt的取值范圍時(shí)，關(guān)鍵是明確實(shí)驗(yàn)電路的特點(diǎn)，電壓鑒別器兩端a、b的電勢高低關(guān)系由“橋式電路”決定，滿足R1R3＝R2Rt時(shí)第（2）問：求解該加熱器工作的穩(wěn)定溫度時(shí)，關(guān)鍵是在PR-t圖中根據(jù)PQ＝k（t－t0）作出其PQ-t圖像，則兩條圖線的交點(diǎn)即為該加熱器工作的穩(wěn)定溫度。聽課記錄某同學(xué)用光敏電阻和電磁繼電器等器材設(shè)計(jì)自動(dòng)光控照明電路。（1）光強(qiáng)（IV）是表示光強(qiáng)弱程度的物理量，單位為坎德拉（cd）。如圖（a）所示是光敏電阻阻值隨光強(qiáng)變化的圖線，由此可得到的結(jié)論是：。（2）圖（b）為電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含有鐵芯的線圈，P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的銜鐵，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱。工作時(shí)，應(yīng)將（填“A、B”或“C、D”）接照明電路。（3）請(qǐng)?jiān)趫D（c）中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實(shí)物電路的連接。（4）已知電源電動(dòng)勢為3V，內(nèi)阻很小，電磁鐵線圈電阻R0＝20.0Ω，電流超過50mA時(shí)可吸合銜鐵。如果要求光強(qiáng)達(dá)到2cd時(shí)，照明電路恰好接通，則圖（c）中定值電阻R定＝Ω。（結(jié)果保留2位小數(shù)）【典例3】有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器，其鐵芯粗細(xì)一致，如圖甲所示。它有兩個(gè)外觀基本相同的線圈A、B（內(nèi)部導(dǎo)線電阻率、橫截面積相同），線圈外部還可以再繞線圈。（1）某同學(xué)用多用電表的“×1”歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值，指針分別對(duì)應(yīng)圖乙中的a、b位置，則A線圈的電阻為Ω，由此可推斷（選填“A”或“B”）線圈的匝數(shù)較多。（2）如果把該變壓器看作理想變壓器，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長絕緣導(dǎo)線，一只多用電表和低壓交流電源。請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)步驟：①用絕緣導(dǎo)線在線圈B上繞制n匝線圈；②將A線圈與低壓交流電源相連接；③用多用電表的“交流電壓”擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和（選填“繞制”或“B”）線圈的輸出電壓U；④則A線圈的匝數(shù)為（用已知和測得量的符號(hào)表示）。3步穩(wěn)解題①實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?？a.判斷兩個(gè)外觀基本相同的線圈A、B的匝數(shù)多少關(guān)系。b.測量A線圈的匝數(shù)。②實(shí)驗(yàn)原理是什么？a.電阻定律。b.理想變壓器的原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。③怎樣處理數(shù)據(jù)？a.通過多用電表讀出線圈A、B的電阻，根據(jù)電阻大小結(jié)合電阻定律判斷線圈A、B匝數(shù)的多少關(guān)系。b.利用UAU＝nAn，求解nA聽課記錄某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)想用220V交流電源作為某小型電器的電源。他先制作了一個(gè)交流變?yōu)橹绷鞯恼髌鳎沁@個(gè)整流器需要用6V的交流電源，于是他又添置了一臺(tái)220V/6V的變壓器，如圖所示。他看到這個(gè)變壓器上有a、b、c、d四個(gè)引出線頭，且a、d引線比b、c引線粗。（1）他不知道接法，也沒有相應(yīng)的說明書。請(qǐng)你幫他判斷正確的接法是a、d端接（選填“220V”或“6V”）。（2）這臺(tái)220V/6V的理想變壓器接6V的線圈匝數(shù)是300匝，則接220V的線圈匝數(shù)是匝。

【典例4】（2022·廣東高考12題）彈性導(dǎo)電繩逐步成為智能控制系統(tǒng)中部分傳感器的敏感元件。某同學(xué)測量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)過程如下：（1）裝置安裝和電路連接如圖甲所示，導(dǎo)電繩的一端固定，另一端作為拉伸端，兩端分別用帶有金屬夾A、B的導(dǎo)線接入如圖乙所示的電路中。（2）導(dǎo)電繩拉伸后的長度L及其電阻Rx的測量①將導(dǎo)電繩拉伸后，用刻度尺測量并記錄A、B間的距離，即為導(dǎo)電繩拉伸后的長度L。②將滑動(dòng)變阻器R的滑片滑到最右端。斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)R，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到合適位置。記錄兩表的示數(shù)U和I1。③閉合S2，電壓表的示數(shù)（選填“變大”或“變小”）。調(diào)節(jié)R使電壓表的示數(shù)仍為U，記錄電流表的示數(shù)I2，則此時(shí)導(dǎo)電繩的電阻Rx＝（用I1、I2和U表示）。④斷開S1，增大導(dǎo)電繩拉伸量，測量并記錄A、B間的距離，重復(fù)步驟②和③。（3）該電壓表內(nèi)阻對(duì)導(dǎo)電繩電阻的測量值（選填“有”或“無”）影響。（4）圖丙是根據(jù)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的RxL圖線。將該導(dǎo)電繩兩端固定在某種機(jī)械臂上，當(dāng)機(jī)械臂彎曲后，測得導(dǎo)電繩的電阻Rx為1.33kΩ，則由圖線可讀出導(dǎo)電繩拉伸后的長度為cm，即為機(jī)械臂彎曲后的長度。3步穩(wěn)解題①實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁矗繙y量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長之間的關(guān)系。②實(shí)驗(yàn)原理是什么？部分電路的歐姆定律、并聯(lián)電阻的計(jì)算。③怎樣處理數(shù)據(jù)？a.利用串并聯(lián)電路知識(shí)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；b.利用Rx-L圖線直接讀出導(dǎo)電繩電阻Rx＝1.33kΩ對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電繩拉伸后的長度L。聽課記錄某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種“自動(dòng)限重器”，如圖甲所示。該裝置由控制電路和工作電路組成，其主要元件有電磁繼電器、貨物裝載機(jī)（實(shí)質(zhì)是電動(dòng)機(jī)）、壓敏電阻R1和滑動(dòng)變阻器R2