电学实验：感应方向与变压器

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先把仪表偏转对应成电流方向，再分析磁通量变化；用控制变量检验变压比，同时区分标称值、实测值和模型推算值。

一、知识点概念与依据

电流表偏转必须先校准方向对应

灵敏电流表向哪边偏转与电流进入哪个接线柱有关，不能把“左进左偏”当所有仪表的通则。用器材允许的小电流、保护电阻，先建立已知电流方向与偏转方向的对应，再把实验偏转解释为线圈电流方向。

普通有电阻的闭合线圈中，磁通量变化产生感应电动势，进而形成感应电流；以下回零判断指暂态结束后的稳定状态。磁铁或另一线圈的磁场可以仍然存在，但磁通量不变时表针回零；“零偏转”不表示“没有磁场”。双线圈实验通过变化磁场相联系，不要求两线圈之间有导线相接。

变压器关系与损耗

理想变压器在共同交变磁通模型下 $U_1/U_2=n_1/n_2$ ，其中 $U_1,U_2$ 为原、副线圈电压有效值（V）， $n_1,n_2$ 为匝数，实验中要使用适当低压交流及交流电压挡，并遵守线圈和仪表额定值。匝数比只决定理想电压比，不能单独保证安全；不得把原边匝数必须大于或小于副边当普遍安全条件。

铁芯用相互绝缘的硅钢薄片叠合，主要是增大涡流路径电阻、抑制涡流和相应发热，而不是让涡流增大来提高效率。真实变压器还受线圈电阻、漏磁和铁芯损耗影响，输出电压不必严格等于理想比值，轻负载时通常更接近理想电压比。

二、考点方法与例题

方法一：一次改变一个因素，按四步定方向

磁铁实验分别观察N极靠近、远离及S极靠近、远离，保持线圈接线方向；双线圈实验则分别观察接通、断开、增大和减小原线圈电流。每次先定原磁场方向，再定磁通量增减，由楞次定律定感应磁场：原磁场方向不变时，穿过线圈的原磁通量大小增加，感应磁场与原磁场反向；减小时则同向。再按右手螺旋定则得感应电流，并与已校准的表针对应。

不要同时换磁极、换运动方向和换接线，否则不能分清原因。比较电流大小还要比较变化快慢，不能只凭“相同位置”断言相同电流。

例题 01 双线圈与无线门铃

题目

（8分）某实验小组使用如图所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。

(1)实验前（选填“需要”或“不需要”）判明电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系；

(2)实验时，闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于端（选填“左”或“右”），当闭合开关时，发现灵敏电流计的指针右偏。指针稳定后，迅速将滑动变阻器的滑片P向左移动时灵敏电流计的指针（选填“左偏”“不动”或“右偏”）。

(3)该组同学经过以上实验探究，对家中“自发电”无线门铃按钮原理进行研究，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程，磁铁靠近螺线管；松开门铃按钮过程，磁铁远离螺线管回归原位，下列说法正确的是（）

A．按下按钮时，门铃会响

B．按住按钮不动，门铃会响

C．按下和松开按钮过程，通过门铃的感应电流大小一定相等

答案与解析

(1) 要先查清电流表指针偏转方向与电流方向的关系，否则仅见向右偏还不能判断环流方向。

(2) 闭合前应使接入电阻最大，按图滑片在右端。闭合时原线圈电流从零增加，表针向右偏；待稳定，再把P向左移，按图接线有效电阻减小，原线圈电流增大，产生与闭合瞬间同向的磁通量变化，所以仍向右偏。

(3) 按下门铃时磁铁运动，线圈磁通变化，A正确。保持按压且磁铁静止，不持续产生感应电流，B错误；C讨论的是电流大小，不能仅凭方向相反判错。按下和松开的运动快慢未给出，磁通量变化率的大小不一定相等，因而电流大小也不一定相等，C错误。释放也可能形成触发信号，但图示不能保证实际门铃电子电路怎样响应。

本题结论

(1)需要；(2)右，右偏；(3)A。

方法二：固定两量检验第三量

采用两个已知匝数绕组并闭合铁芯，在器材许可的低压交流范围内，固定 $U_1,n_1$ ，改变 $n_2$ 并测 $U_2$ ，检验 $U_2\propto n_2$ ；研究其他比例时同样逐一控制变量。接线前断电，未知电压范围时先用最大量程试测，再选适当量程，测出原、副线圈的实际电压，再比较电压比与匝数比，不只照抄电源面板标称值。

如果输出高于按标称输入和标称匝数推算的结果，要逐项检验输入实际值、匝数、接线及读数，不能只凭偏差确定唯一原因。没有提供实测数据时，不虚构数据表当实验结论。

例题 02 可拆变压器的实验分析

题目

某学校高二（9）班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。

（1）下列说法正确的是________。

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．变压器原线圈接低压交流电时，可以用多用电表的“直流电压挡”测量副线圈电压

C．研究副线圈匝数对副线圈电压的影响时，需保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数

D．测量副线圈电压时，先用中间挡位的量程试测，大致确定后再选用适当的挡位

（2）变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计的原因是________。

A．增大涡流，提高变压器的效率

B．减小涡流，提高变压器的效率

C．增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量

（3）一位同学实验时，发现两个线圈的导线粗细不同。他选择的原线圈为800匝，副线圈为400匝，原线圈接学生电源的正弦交流输出端“ $6\,\mathrm V$ ”挡位，测得副线圈的电压为 $3.2\,\mathrm V$ 。则下列分析正确的是_______。

A．原线圈导线比副线圈导线粗

B．学生电源实际输出电压大于标注的“ $6\,\mathrm V$ ”

C．原线圈实际匝数与标注的“800”不符，应大于800

D．副线圈实际匝数与标注的“400”不符，应小于400

答案与解析

(1) A把原副匝数大小当普遍安全条件，不成立；B用直流电压挡测交流，不合适；C固定原边电压与匝数、只改变副边匝数，符合控制变量，正确；D电压表应先用最大量程试测，再选择适当量程，不能先用中间挡试测。选C。

(2) 薄片之间绝缘是为了减小涡流损耗，选B，不是增加发热。

(3) 按理想比值，标称输入6 V、800:400应输出3 V，实测3.2 V偏高。实际输入电压大于6 V可能造成此偏差，B正确；若只按理想式反算，对应6.4 V，但这是条件推算，不是已经测得输入6.4 V。原边实际匝数更多、副边实际匝数更少都使输出降低，C、D方向不符。原边电流通常小于副边，在相同设计条件下并非需更粗的线；也不能只凭线径差就断定电压偏差，A不成立。