2026高考物理复习课件 第十二章第4讲 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 探究传感器的特性、传感器的应用

第十二章交变电流电磁振荡与电磁波　传感器第4讲实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系探究传感器的特性、传感器的应用 目录123考点一实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系考点二实验：探究传感器的特性、传感器的应用课时作业 考点一实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 一、实验器材可拆变压器、低压交流电源、两只多用电表、导线若干、开关。二、实验思路保持原线圈输入的电压一定，先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响。然后再保持副线圈的匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。 三、画出实验电路图画出实验电路图如图所示。电路图上要标出两个线圈的匝数、原线圈欲加电压的数值。要事先推测副线圈两端电压的可能数值。 四、画出数据记录表格记录数据的表格如表1、表2所示。表1：保持原线圈匝数n1不变n1U1/Vn2U2/V 表2：保持副线圈匝数n2不变n1U1/Vn2U2/V 五、实验操作步骤1．组装可拆变压器。2．按电路图连接电路，注意原线圈一侧接低压交流电源。3．原、副线圈各取一定的匝数，闭合开关，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将数据记入设计的表格。4．保持原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格1。 5．保持副线圈的匝数不变，多次改变原线圈的匝数，用多用电表测出原、副线圈两端的电压，将一系列数据记入设计的表格2。6．先将两个多用电表从电路中断开，然后断开交流电源的开关，拆除电路。7．将多用电表的选择开关置于交流电压最大量程挡或“OFF”位置，整理器材。六、分析数据，得出结论原、副线圈上的电压之比近似等于它们的匝数之比。 七、误差分析实验数据没有严格遵从实验结论所述规律，是因为1．实验变压器工作时存在多种损耗：(1)变压器线圈通过电流时会发热；(2)铁芯在交变磁场的作用下会发热；(3)交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内。2．多用电表的读数存在误差等。 八、实验操作的注意事项1．连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查，并经过确认。确认无误后才能接通电源。2．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V；即使这样，通电时也不要用手接触裸露的导线、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。4．先拆除多用电表，再断开开关，以免烧坏电表。 例1某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。(1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。A．干电池组B．学生电源C．多用电表D．直流电压表E．滑动电阻器F．条形磁体G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)BCG (2)下列说法正确的是______(选填字母代号)。A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数C．测量电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈BC (3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是：_____________________________________________________________________________。实验次数n1/匝n2/匝U1/VU2/V1160040012．12．90280040010．24．95340020011．95．92 (4)如图，当左侧线圈“0”“16”间接入12V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是________。A．6VB．4．3VC．2．1VC 解析(1)实验中，必须要用学生电源提供交流电；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器；需要用多用电表测量交流电压；本实验不需要用条形磁体，须用可拆变压器来进行实验；综上所述，需要的实验器材为B、C、G。 (2)为确保实验安全，应该使输出电压小于输入电压，则实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程挡位试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，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，铁芯起到传递磁场能的作用，不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。 考点二实验：探究传感器的特性、传感器的应用 一、传感器实验的两种典型问题1．探究传感器的特性传感器是把非电学量转化成电学量的一种器件，实验探究传感器的电阻、电流、电压随温度、光强、压力等的变化情况是典型的基础题型。2．传感器的应用一般传感器的应用实验分为两种：①利用传感器的特性测量非电学量，如利用温度传感器的特性制作温度计来测量温度；②利用传感器制作简单的自动控制装置。 二、电磁继电器电磁继电器的工作原理是利用电磁铁产生的磁场来驱动触点的开闭，从而实现对电路的控制和保护。如图所示，当电流通过电磁铁的线圈时，线圈内部会产生磁场，电流越大，磁场越强，当磁场增强到一定程度时，可动触点会被吸引到固定触点上，实现电路的接通；当电磁铁的磁场过小或失去磁场时，可动触点会被弹簧拉回，实现电路的断开。 例2(2022·重庆高考)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50．0μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。 (1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50．0μA，须调节____________(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50．0μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻________(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。可变电阻R1远大于 (2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35．0℃变化到40．0℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是________kΩ·℃－1(保留2位有效数字)。－1．2 例3(2024·全国甲卷)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图a所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。 (1)将图a中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标；答案：如图所示 (2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口；(3)把滑动变阻器的滑片滑到________端(填“a”或“b”)，闭合开关；(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1mA，记录电压表的示数U；(5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)；a (6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图b中；氧气含量为20%时电压表的示数如图c，该示数为________V(结果保留2位小数)。现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA，此时电压表的示数为1．50V，则此瓶气体的氧气含量为________%(结果保留整数)。1．4017 解析(1)由题图a可知，滑动变阻器采用分压式接法(这种接法使传感器两端电压的调节范围较大)，电流表采用内接法(可以准确测定通过传感器的电流，也不影响传感器两端电压的测量)。实物连接图如答图所示(电压表负接线柱连接滑动变阻器a端亦可)。(3)为了保护电路，闭合开关后，电阻型氧气传感器两端的电压应为零，故应把滑动变阻器的滑片滑到a端再闭合开关。 (6)由题图c可知，电压表的分度值为0．1V，需要估读到0．01V，则读数为1．40V。在题图b中描出点(20%，1．40V)，用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示。根据图线可得，电压表示数为1．50V时，氧气含量为17%。 例4(2024·浙江1月选考)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表：温度/℃4．19．014．320．028．038．245．560．4电阻/(102Ω)2201601006045302515 某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3kΩ、5kΩ、12kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20℃，现要求将室内温度控制在20～28℃范围，且1、2两端电压大于2V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是______，定值电阻R的阻值应选______kΩ，1、2两端的电压小于_______V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。C31．8 例5某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。 (1)光强(E)是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)。如图a所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是：____________________________________________________。(2)如图b为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将_______(填“A、B”或“C、D”)接照明电路。随光照强度的增加，光敏C、D电阻的阻值减小得越来越慢 (3)请在图c中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。(4)已知电源电动势为3V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0＝20．0Ω，电流超过50mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2cd时，照明电路恰好接通，则图c中定值电阻R定＝________Ω。答案：如图所示21．5 解析(1)从图a可知，光敏电阻的阻值随光照强度变化的规律是：随光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速减小，进一步增大光照强度，光敏电阻的阻值减小得越来越慢。(2)由电路原理可知，电磁铁线圈连接的是控制电路，S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。 (3)将光敏电阻和定值电阻接入控制电路，用电器接入工作电路，连接电路如图所示。 课时作业 1．某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的_______值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为________。有效4．8V (2)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是________。A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制(3)变压器铁芯的结构和材料是________。A．整块不锈钢铁芯B．整块硅钢铁芯C．绝缘的硅钢片叠成Ua/V1．802．803．804．90Ub/V4．006．018．029．98CC 解析：(1)由于交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值；由题图乙可知，所选择挡位为交流电压10V挡，由题图甲可知，此时电表读数为4．8V。 Ua/V1．802．803．804．90Ub/V4．006．018．029．98 2．某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图a所示的电路。所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干。d/cm8．5010．0012．0013．5015．0017．00U/mV271．0220．0180．0156．7114．9114．0d/cm18．5020．0022．0023．5025．00U/mV94．889．578．672．565．0 回答下列问题：(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝_____________(用E、r、R、U表示)。(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出Ud曲线。答案：如图所示 (3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而_______(填“增大”或“减小”)。(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图c所示的电路，则电路中________(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻。增大R2 3．用如图甲所示的电路研究压敏电阻应变片Rx的压阻效应。电源的电动势为3V，内阻忽略不计，电流表A1量程为0～0．6A，内阻r1＝1．5Ω，其读数用I1表示；电流表A2量程为0～0．6A，内阻约为2Ω，其读数用I2表示。 (1)在电阻Rx上施加压力F，闭合开关S，记下电表读数，该电路测量电阻Rx阻值的表达式为Rx＝________(用题目中给出的字母表示)。改变压力F，得到不同的Rx值，记录数据并绘成RxF图像如图乙所示。 (2)一同学想把电流表A1改成简易压力表，他仍然使用原来的表盘，只是把表盘上标示的数字“0．2、0．4、0．6”改为相应的压力值，实验采用的电路如图丙所示。他在表盘上表示0．1A的刻度线处标上数字0，则电路中滑动变阻器的阻值应为R0＝________Ω；此压力表表盘上0．2A的刻度线处标上的压力值为________N。10．57．5 4．(2024·河北高考)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20V)、数字电流表(0～20mA)、滑动变阻器R(最大阻值50Ω，1．5A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。 (1)判断发光二极管的极性使用多用电表的“×10k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)，由此判断M端为二极管的________(填“正极”或“负极”)。负极 (2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的____、____、_____________________________________接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。AAD(或AAC,或CAB,或DAB) ②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而________(填“增大”或“减小”)。减小 (3)组装光强报警器电路并测试其功能图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应______(填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值，直至发光二极管发光。增大 解析：(1)根据多用电表中的电流“红进黑出”，当多用电表作为欧姆表使用时，黑表笔接内部电源正极，由题可知，当黑表笔接M端时，二极管电阻为无穷大，当黑表笔接N端时，二极管的电阻较小，二极管正常导通，所以M端为二极管的负极。 (3)当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光报警，说明b、e间电压未达到三极管导通条件。为了使报警器正常工作，在RG阻值不变的状态下，应增大R1两端电压，而RG与R1串联，由串联电路分压原理可知，应增大R1的阻值，直至发光二极管发光。