2025届高考尖子生培养系列物理实验专项训练8：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

2025届高考尖子生培养系列物理实验专项训练8：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1. 实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 2. 实验原理 （1）实验电路图，如图所示。 （2）实验方法采用控制变量法： a. n1一定，研究n2和U2的关系。 b. n2一定，研究n1和U2的关系。 3. 实验器材 学生电源(低压交流，小于12 V)1个、可拆变压器1个(如图所示)、多用表(交流电压挡)1个、导线若干。 4. 实验步骤 （1）如图所示，连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 （2）保持原线圈匝数不变，用多用电表电压挡测量原线圈电压，并记录在表格中。 （3）改变副线圈匝数，用多用电表分别测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。 （4）保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，重复步骤2、3。 5. 注意事项 （1）在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 （2）为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 （3）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 1. 数据处理 （1）将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1 副线圈电压U2 100 300 2 V 100 400 2 V 300 400 4 V 400 400 6 V 400 100 8 V 400 100 4 V （2）由表格数据得出结论 a.当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大。进一步研究可知，副线圈电压与副线圈匝数成正比。 b. 当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小。进一步研究可知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。 2. 误差分析 （1）由于漏磁，通过原、副线圈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）电表的读数存在误差。 【基础巩固】 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，利用如图甲所示的可拆变压器能方便地改变原、副线圈的匝数比。 【实验原理】 （1）变压器的工作原理是　　（选填“互感”或“自感”）现象，理想变压器原、副线圈两端的电压之比与原、副线圈的匝数之比　　。 （2）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压，并记录相关数据，这个探究过程采用的科学探究方法是　。 A.控制变量法　　　B.等效替代法　　　C.演绎法　　　D.理想实验法 【实验步骤】　 （3）在某次实验中，一同学分别测出相应的原、副线圈两端电压值。由于交变电流电压是变化的，所以实际上测量的是电压的　　（选填“有效”“平均”或“最大”）值，其中一次多用电表读数如图乙所示，此时电压表读数为　　 V。 【注意事项】　 （4）在实验过程中，为了确保实验的安全，下列做法正确的是　　。 A.为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V B.连接好电路后，可不检查电路是否正确，直接接通电源 C.因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱 D.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测量电压时，先用最大量程挡试测 【数据处理】　 （5）该同学在完成实验后，挑选了几组数据进行分析，如表所示，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈两端的电压，对实验数据进行分析，可以得出的结论是　 。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 400 400 12.0 3.42 2 900 300 12.0 3.96 3 200 100 12.0 5.92 【误差分析】　 （6）该同学在分析数据时发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，下列原因可能正确的是　　。 A.在交变电流产生的过程中，副线圈中电流的频率比原线圈中电流的频率低 B.变压器线圈中有电流通过时会发热 C.铁芯在交变磁场的作用下会发热 D.原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 【能力提升】 1.利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 （1）除图中所示器材外，还需要的器材有　　。 A.干电池 B.低压交流电源 C.直流电压表 D.多用电表 （2）下列说法正确的是　　。 A.变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 B.变压器工作时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”能量的作用 C.理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同 D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零 （3）由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当　　（选填“大于”“等于”或“小于”）原、副线圈的匝数比。 2.某学习小组做“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。 （1）以下给出的器材中，本实验需要用到的有　　。（填选项字母） （2）下列说法正确的是　　。 A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同 B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法 C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12 V D.绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好 （3）实验中，可拆变压器如图甲所示，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成，硅钢片应平行于平面　　。 A. abcd　　B.abgh　　C.aehd （4）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　　（选填“平均”“有效”或“最大”）值；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图乙所示，其对应的选择开关对准交流电压10 V挡，则此时电表读数为　　 V。 （5）若用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器做实验，对应的电压测量数据U1、U2如表所示。根据测量数据，则匝数为N1的线圈一定是　　（选填“原”或“副”）线圈。 实验次数 1 2 3 4 U1 0.90 1.40 1.90 2.40 U2 2.00 3.01 4.02 5.02 3.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于______。 A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd 4.一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。题图1为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器Rp的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源（能输出电压峰值不变、频率可调的交流电）。 （1）闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数 （选填 “变大”“不变”“ 变小”）。 （2）保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为 （保留3位有效数字）。 （3）闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如图3所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图可知，当频率为1000 Hz时，R0两端的电压为 mV；当频率为50 Hz 时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为 Ω的电阻串联。（均保留3位有效数字） 5.有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示。它有两个外观基本相同的线圈A、B（内部导线电阻率、横截面积相同），线圈外部还可以再绕线圈。 （1）某同学用多用电表的“×1”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。 （2）如果把该变压器看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长绝缘导线，一只多用电表和低压交流电源。请完成以下实验步骤： ①用绝缘导线在线圈B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　　（选填“绕制”或“B”）线圈的输出电压U； ④则A线圈的匝数为　　（用已知和测得量的符号表示）。 6.在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器（铁芯不闭合）进行研究。 （1）实验还需下列器材中的　　。 A.电流表 B.多用电表 C.低压交流电源 （2）实验中，如图所示变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则所接电源电压挡位可能为　　。 A.18.0 V B.10.0 V C.5.0 V D.2.5 V 7.小华同学在做探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题： （1）本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应　　。 A.选甲图中的器材 B.选乙图中的器材 C.都可以选 D.都不能选 （2）小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是　　。 A.变压器的铁芯没有闭合 B.原线圈实际匝数与标注的“100匝”不符，应该大于100匝 C.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝 D.学生电源实际输出电压大于标注的“6 V” （3）用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如表所示。 Ua/V 1.60 2.50 3.70 4.60 Ub/V 3.70 5.30 7.60 9.70 根据测量数据可判断连接电源的线圈是匝数为　　（选填“na”或“nb”）的线圈。 8.某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”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.滑动变阻器 F.条形磁铁 G.可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈） （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.要探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 （3）该同学通过实验得到了如表所示的实验数据，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/V U2/V 1 1 600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 9.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，数据如表所示。 实验序号 原线圈两端的 电压U1/V 副线圈两端的 电压U2/V 1 3.9 7.7 1∶2.0 2 5.9 11.6 1∶2.0 3 7.8 15.2 （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。 （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的关系为　　（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。 10.通过学习我们知道，理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，某学校实验小组想通过实验验证这一结论，实验室中的可拆变压器的实物图如图甲所示，该兴趣小组还亲自动手绕制成匝数为1600匝和其它规格的线圈，以匝数1600匝的线圈为原线圈，分别用实验室变压器的线圈和自制线圈作副线圈进行实验。    n1 U1 n2 U2 匝数比k1 电压比k2 （k2-k1）/ k1 1600 220 400 53.2 4.00 4.14 3.38% 1600 220 100 12.40 16.00 17.74 10.89% 1600 220 30 4.05 53.33 54.32 1.85% 1600 220 20 2.7 80.00 81.48 1.85% 1600 220 10 1.34 160.00 164.18 2.61% （1）把记录的相关数据填入数据表，依据数据表，可以得出结论：在误差允许的范围内，原、副线圈的电压比 原、副线圈的匝数比（填“等于”、“不等于”）。 （2）根据数据表最后一列可知，实验存在系统误差，即，可知U2偏小，请给出合理解释： 。 11.实验测量、实验操作、数据分析和误差分析是物理实验的重要环节。 （1）用10分度的游标卡尺测量某物体直径如图所示，则直径d = cm。 （2）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，如图所示为所用实验器材，可拆变压器，学生电源，数字万用表。 关于本实验，下列说法正确的是 。 A．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，原线圈所接电压不超过12V B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱 C．变压器正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈 D．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用适当的挡位进行测量 （3）现将数字多用电表的选择开关旋至最合适的挡位后，分别测量原线圈匝数为n1时的输入电压U1和副线圈匝数为n2时的输出电压U2，数据如下表。 原线圈匝数n1（匝） 副线圈匝数n2（匝） 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 100 200 4.32 8.27 100 800 4.32 33.90 400 800 4.33 8.26 400 1600 4.33 16.52 ①在误差允许范围内，表中数据基本符合 规律。 ②进一步分析数据，发现输出电压比理论值偏小，请分析原因 。 12.某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。 （1）该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法 （填“A”或“B”）； （2）实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数 （选填“变大”、“变小”、“不变”）； （3）在正确组装变压器后，甲乙丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压与原线圈电压，原线圈的匝数，副线圈的匝数的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，哪个同学的实验结果有误 （选填“甲”、“乙”、“丙”） （4）小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数匝的线圈A作为原线圈，厂家标注匝数匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压，测得对应的输出电压得到实验数据如表所示；分析下列可能的原因，你认为正确的有 。 实验次数 /匝 /匝 1 200 100 8.2 4.0 2 200 100 6.1 2.9 3 200 100 4.0 1.9 A．原、副线圈的电压的频率不相等 B．变压器线圈中有电流通过时会发热 C．铁芯在交变磁场的作用下会发热 D．穿过副线圈的磁通量大于原圈的磁通量 13.某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。 图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表： 实验序号 原线圈匝数 原线圈两端电压（） 副线圈匝数 原线圈两端电压（） 副线圈匝数 原线圈两端电压（） 1 5.8 2.9 20.3 2 8.0 4.0 28.1 3 12.6 6.2 44.0 请回答下列问题： （1）在图乙中，应将A、B分别与 （填“a、b”或“c、d”）连接。 （2）根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于 。 （3）在实验序号为2的测量中，若把图乙中的可动铁芯取走，副线圈匝数，则副线圈两端电压 （填正确答案标号）。 A．一定小于4.0V B．一定等于4.0V C．一定大于4.0V 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2025届高考尖子生培养系列物理实验专项训练8：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1. 实验目的 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 2. 实验原理 （1）实验电路图，如图所示。 （2）实验方法采用控制变量法： a. n1一定，研究n2和U2的关系。 b. n2一定，研究n1和U2的关系。 3. 实验器材 学生电源(低压交流，小于12 V)1个、可拆变压器1个(如图所示)、多用表(交流电压挡)1个、导线若干。 4. 实验步骤 （1）如图所示，连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 （2）保持原线圈匝数不变，用多用电表电压挡测量原线圈电压，并记录在表格中。 （3）改变副线圈匝数，用多用电表分别测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。 （4）保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，重复步骤2、3。 5. 注意事项 （1）在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 （2）为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 （3）为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 1. 数据处理 （1）将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1 副线圈电压U2 100 300 2 V 100 400 2 V 300 400 4 V 400 400 6 V 400 100 8 V 400 100 4 V （2）由表格数据得出结论 a.当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大。进一步研究可知，副线圈电压与副线圈匝数成正比。 b. 当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小。进一步研究可知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。 2. 误差分析 （1）由于漏磁，通过原、副线圈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）电表的读数存在误差。 【基础巩固】 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，利用如图甲所示的可拆变压器能方便地改变原、副线圈的匝数比。 【实验原理】 （1）变压器的工作原理是　　（选填“互感”或“自感”）现象，理想变压器原、副线圈两端的电压之比与原、副线圈的匝数之比　　。 （2）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压，并记录相关数据，这个探究过程采用的科学探究方法是　。 A.控制变量法　　　B.等效替代法　　　C.演绎法　　　D.理想实验法 【实验步骤】　 （3）在某次实验中，一同学分别测出相应的原、副线圈两端电压值。由于交变电流电压是变化的，所以实际上测量的是电压的　　（选填“有效”“平均”或“最大”）值，其中一次多用电表读数如图乙所示，此时电压表读数为　　 V。 【注意事项】　 （4）在实验过程中，为了确保实验的安全，下列做法正确的是　　。 A.为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V B.连接好电路后，可不检查电路是否正确，直接接通电源 C.因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱 D.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测量电压时，先用最大量程挡试测 【数据处理】　 （5）该同学在完成实验后，挑选了几组数据进行分析，如表所示，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈两端的电压，对实验数据进行分析，可以得出的结论是　 。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 400 400 12.0 3.42 2 900 300 12.0 3.96 3 200 100 12.0 5.92 【误差分析】　 （6）该同学在分析数据时发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，下列原因可能正确的是　　。 A.在交变电流产生的过程中，副线圈中电流的频率比原线圈中电流的频率低 B.变压器线圈中有电流通过时会发热 C.铁芯在交变磁场的作用下会发热 D.原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 【答案】：（1）互感 相等（2）A　（3）有效 7.4 （4）D （5）在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压比与匝数比相等，即＝（6）BCD 【解析】：（1）变压器的工作原理是互感现象，理想变压器原、副线圈两端的电压之比与其匝数之比相等。 （2）该探究实验采用的科学探究方法是控制变量法。 （3）对于交流电，电压表测量的是有效值，根据题图乙中所示，选用的是交流电压10 V挡，最小分度是0.2 V，因此电表读数为7.4 V。 （4）变压器使用的是交流电压，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，故A错误；实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等，连接好电路后，要检查电路是否连接正确，再接通电源，故B、C错误；使用多用电表测量电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。 （5）通过分析题表中数据可得，在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压比与匝数比相等，即＝。 （6）变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是绕制线圈的导线发热损耗、铁芯中的涡流发热损耗、铁芯对磁场的约束不严密损耗，B、C、D正确；变压器不改变电流的频率，A错误。 【能力提升】 1.利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 （1）除图中所示器材外，还需要的器材有　　。 A.干电池 B.低压交流电源 C.直流电压表 D.多用电表 （2）下列说法正确的是　　。 A.变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 B.变压器工作时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”能量的作用 C.理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同 D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零 （3）由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当　　（选填“大于”“等于”或“小于”）原、副线圈的匝数比。 【答案】：（1）BD （2）BC （3）大于 【解析】：（1）实验中若用干电池，变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，需要用多用表测量电压，综上所述需要的实验器材为BD。 （2）变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时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”能量的作用，故B正确；理想变压器的原、副线圈通过铁芯共用同一个磁场，则两线圈的磁通量总是相同，磁通量的变化率也相同，故C正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不变，故D错误。 （3）根据变压器原理可知原、副线圈两端电压之比等于原、副线圈匝数之比，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。 2.某学习小组做“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。 （1）以下给出的器材中，本实验需要用到的有　　。（填选项字母） （2）下列说法正确的是　　。 A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同 B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法 C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12 V D.绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好 （3）实验中，可拆变压器如图甲所示，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成，硅钢片应平行于平面　　。 A. abcd　　B.abgh　　C.aehd （4）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　　（选填“平均”“有效”或“最大”）值；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图乙所示，其对应的选择开关对准交流电压10 V挡，则此时电表读数为　　 V。 （5）若用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器做实验，对应的电压测量数据U1、U2如表所示。根据测量数据，则匝数为N1的线圈一定是　　（选填“原”或“副”）线圈。 实验次数 1 2 3 4 U1 0.90 1.40 1.90 2.40 U2 2.00 3.01 4.02 5.02 【答案】：（1）BDE　（2）BD　（3）C　（4）有效　4.8　（5）副　 【解析】：（1）实验中需要交流电源、变压器和交流电压表（多用电表），不需要干电池和直流电压表，故选B、D、E。 （2）变压器工作时只是改变电压，不改变频率，副线圈电压频率与原线圈相同，故A错误；实验过程中，在原、副线圈匝数和原线圈两端电压三个变量中保持两个不变，改变一个来探究匝数比与原、副线圈电压之比的关系，用的是控制变量法，故B正确；变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不能超过12 V，而用直流电压变压器不能工作，故C错误；观察两个线圈的导线，发现粗细不同，由变压器工作原理知 ＝ ，则匝数少的电流大，导线应该粗，绕制降压变压器原、副线圈时，由于副线圈的匝数少，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，故D正确。 （3）由题图甲，根据楞次定律和安培定则可知，产生的涡旋电流的方向与面abcd平行，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，相互绝缘的硅钢片应垂直面abcd，即平行于面aehd，故A、B错误，C正确。 （4）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；所选择为交流电压10 V挡，由题图乙，可知此时电表读数为4.8 V。 （5）由于有漏磁，原、副线圈内阻分压等因素，所以副线圈实际测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器变压规律可知 ＝ ＝ ，U1总是略小于 U2，故U1应该是副线圈的电压值，匝数为N1的线圈一定是副线圈。 3.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于______。 A．平面abcd B．平面abfe C．平面abgh D．平面aehd 【答案】：D 【解析】：变压器的正视图如图： 所以要减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd，故选D。 4.一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。题图1为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器Rp的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源（能输出电压峰值不变、频率可调的交流电）。 （1）闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数 （选填 “变大”“不变”“ 变小”）。 （2）保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为 （保留3位有效数字）。 （3）闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如图3所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图可知，当频率为1000 Hz时，R0两端的电压为 mV；当频率为50 Hz 时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为 Ω的电阻串联。（均保留3位有效数字） 【答案】：变大 12.6 272 12 【解析】：（1）闭合S1，滑动变阻器Rp是分压接法，滑片P向右滑动后，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。线圈L1两端的电压增大，因此与滑动前相比，电表的示数变大。 （2）保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为U1=2500 mV。线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图所示，由图像可得，线圈L2两端电压为 则线圈L1两端与L2两端的电压比值为 （3）闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。由U−R关系曲线可得，当频率为1000 Hz时，当负载电阻R0=20 Ω时，R0两端的电压为UR0=272mV。当频率为50 Hz 时，由U−R关系曲线 两线交点可知，故 需给R0串联一电阻，此串联电阻值为 5.有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示。它有两个外观基本相同的线圈A、B（内部导线电阻率、横截面积相同），线圈外部还可以再绕线圈。 （1）某同学用多用电表的“×1”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。 （2）如果把该变压器看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长绝缘导线，一只多用电表和低压交流电源。请完成以下实验步骤： ①用绝缘导线在线圈B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　　（选填“绕制”或“B”）线圈的输出电压U； ④则A线圈的匝数为　　（用已知和测得量的符号表示）。 【答案】：（1）24 A（2）绕制 n 【解析】：（1）多用电表欧姆挡读数＝指针指示值×倍率。a的读数为24，倍率为“×1”，所以A线圈的电阻为24 Ω。由于导线的电阻率、横截面积相同，根据电阻定律R＝ρ可知，导线越长，电阻越大，因为A的电阻比B大，所以A线圈匝数多。 （2）③因为要测量A线圈匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接。变压器输入、输出电压都是交流电，所以要用交流电压挡测绕制线圈的输出电压U。 ④根据变压器电压比等于匝数比，有＝，所以nA＝n。 6.在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器（铁芯不闭合）进行研究。 （1）实验还需下列器材中的　　。 A.电流表 B.多用电表 C.低压交流电源 （2）实验中，如图所示变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则所接电源电压挡位可能为　　。 A.18.0 V B.10.0 V C.5.0 V D.2.5 V 【答案】：（1）BC （2）A 【解析】：（1）本实验中，变压器的原线圈应接在交流电源上；为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要用多用电表测交流电压。故选B、C。 （2）理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为 ＝ ；若变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接“0、4”接线柱，则原、副线圈匝数比为 ＝2，则原线圈两端电压U1＝ U2＝10 V；本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5.0 V，则原线圈电压必须大于10 V，故选A。 7.小华同学在做探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题： （1）本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应　　。 A.选甲图中的器材 B.选乙图中的器材 C.都可以选 D.都不能选 （2）小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是　　。 A.变压器的铁芯没有闭合 B.原线圈实际匝数与标注的“100匝”不符，应该大于100匝 C.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝 D.学生电源实际输出电压大于标注的“6 V” （3）用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如表所示。 Ua/V 1.60 2.50 3.70 4.60 Ub/V 3.70 5.30 7.60 9.70 根据测量数据可判断连接电源的线圈是匝数为　　（选填“na”或“nb”）的线圈。 【答案】：（1）A （2）D（3）nb 【解析】：（1）由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用甲图，故A正确，B、C、D错误。 （2）根据理想变压器的原、副线圈的电压与其匝数关系式＝。若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈的电压小于12 V，A错误；若原线圈实际匝数与标注的“100匝”不符，如果大于100匝，则测量出的副线圈的电压应小于12 V，不应该大于12 V，B错误；副线圈实际匝数与标注的“200”不符，若小于200匝，则测量出的副线圈的电压应小于12 V，C错误；若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”，由以上公式可知，副线圈的电压可能为13 V，D正确。 （3）根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等因素影响，判断出Ub为原线圈两端电压大小，则接电源的是匝数为nb的线圈。 8.某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”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.滑动变阻器 F.条形磁铁 G.可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈） （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.要探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 （3）该同学通过实验得到了如表所示的实验数据，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/V U2/V 1 1 600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 3 400 200 11.9 5.92 【答案】：（1）BCG （2）BC （3）在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝ 【解析】：（1）实验中，必须要有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电压，本实验不需要条形磁铁，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，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；要探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，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。 （3）通过数据计算可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝。 9.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，数据如表所示。 实验序号 原线圈两端的 电压U1/V 副线圈两端的 电压U2/V 1 3.9 7.7 1∶2.0 2 5.9 11.6 1∶2.0 3 7.8 15.2 （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。 （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的关系为　　（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。 【答案】：（1）1∶1.9（2） ＝ （3）升压 【解析】：（1）第三组数据为 ＝ ≈ 。（2）线圈匝数之比 ＝ ＝ ，结合题表中的数据可知，在误差允许的范围内，线圈两端电压与匝数的关系是 ＝ 。（3）从题表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。 10.通过学习我们知道，理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，某学校实验小组想通过实验验证这一结论，实验室中的可拆变压器的实物图如图甲所示，该兴趣小组还亲自动手绕制成匝数为1600匝和其它规格的线圈，以匝数1600匝的线圈为原线圈，分别用实验室变压器的线圈和自制线圈作副线圈进行实验。    n1 U1 n2 U2 匝数比k1 电压比k2 （k2-k1）/ k1 1600 220 400 53.2 4.00 4.14 3.38% 1600 220 100 12.40 16.00 17.74 10.89% 1600 220 30 4.05 53.33 54.32 1.85% 1600 220 20 2.7 80.00 81.48 1.85% 1600 220 10 1.34 160.00 164.18 2.61% （1）把记录的相关数据填入数据表，依据数据表，可以得出结论：在误差允许的范围内，原、副线圈的电压比 原、副线圈的匝数比（填“等于”、“不等于”）。 （2）根据数据表最后一列可知，实验存在系统误差，即，可知U2偏小，请给出合理解释： 。 【答案】： 等于 变压器存在漏磁的问题 【解析】：（1）根据实验表格中的电压比和匝数比可知在误差允许的范围内，原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比； （2）电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器是不理想的，如有漏磁等。 11.实验测量、实验操作、数据分析和误差分析是物理实验的重要环节。 （1）用10分度的游标卡尺测量某物体直径如图所示，则直径d = cm。 （2）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，如图所示为所用实验器材，可拆变压器，学生电源，数字万用表。 关于本实验，下列说法正确的是 。 A．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，原线圈所接电压不超过12V B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱 C．变压器正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈 D．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用适当的挡位进行测量 （3）现将数字多用电表的选择开关旋至最合适的挡位后，分别测量原线圈匝数为n1时的输入电压U1和副线圈匝数为n2时的输出电压U2，数据如下表。 原线圈匝数n1（匝） 副线圈匝数n2（匝） 输入电压U1（V） 输出电压U2（V） 100 200 4.32 8.27 100 800 4.32 33.90 400 800 4.33 8.26 400 1600 4.33 16.52 ①在误差允许范围内，表中数据基本符合 规律。 ②进一步分析数据，发现输出电压比理论值偏小，请分析原因 。 【答案】： 0.52 ABD/ADB/BAD/BDA/DBA/DAB 在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比 有漏磁、铁芯发热、导线发热等 【解析】：（1）根据游标卡尺的读数规则有0.5cm＋2 × 0.1mm = 0.52cm（2）A．变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不超过12V，A正确；B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱，B正确；C．变压器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，C错误； D．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。 故选ABD。 （3）①根据表中数据，在误差允许的范围内基本符合，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即有 ②电压之比与匝数之比并不相等，主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。 12.某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。 （1）该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法 （填“A”或“B”）； （2）实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数 （选填“变大”、“变小”、“不变”）； （3）在正确组装变压器后，甲乙丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压与原线圈电压，原线圈的匝数，副线圈的匝数的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，哪个同学的实验结果有误 （选填“甲”、“乙”、“丙”） （4）小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数匝的线圈A作为原线圈，厂家标注匝数匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压，测得对应的输出电压得到实验数据如表所示；分析下列可能的原因，你认为正确的有 。 实验次数 /匝 /匝 1 200 100 8.2 4.0 2 200 100 6.1 2.9 3 200 100 4.0 1.9 A．原、副线圈的电压的频率不相等 B．变压器线圈中有电流通过时会发热 C．铁芯在交变磁场的作用下会发热 D．穿过副线圈的磁通量大于原圈的磁通量 【答案】： B 变大 乙 BC/CB 【解析】：（1）由图可知，A为直流接法，B为交流接法，而要探究变压器的原理则必须使用交变电压，只有变化的电流才能产生变化的磁场。故选B （2）将线圈直接接入交变电源，则线圈中就会产生周期性变化的磁场，而将另一接了电压表的线圈逐渐靠近接入电源中的线圈时，接了电压表的线圈中的磁通量就会发生变化，根据法拉第电磁感应定律可知，越靠近通电线圈，接了电压表的线圈所处的磁场就越强，产生的感应电动势就越大，因此可知电压表的读数将变大。 （3）根据变压器原副线圈匝数与电压的关系，可得 则可知，在原副线圈匝数比一定的情况下，副线圈中的电压与原线圈中的电压成正比，图像为过原点的倾斜直线；而当原线圈的匝数以及原线圈中的电压一定时，副线圈中的电压与负线圈的匝数成正比，图像为过原点的一条倾斜直线；若原线圈中的电压与副线圈的匝数一定时，副线圈中的电压与原线圈的匝数成反比，即副线圈中的电压与原线圈匝数倒数的图像为一条过原点的倾斜直线，因此实验结果有误的为乙。故选乙。 （4）由表中数据可知，原副线圈的匝数比小于原副线圈中的电压之比，即有电能的损失。 A．变压器不会改变电压的频率，故A错误；B．根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，俗称铜损，故B正确；C．铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故C正确；D．因为铁芯对磁场的约束不严密，因此，穿过副线圈的磁通量一定小于原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D错误。故选BC。 13.某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。 图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如表： 实验序号 原线圈匝数 原线圈两端电压（） 副线圈匝数 原线圈两端电压（） 副线圈匝数 原线圈两端电压（） 1 5.8 2.9 20.3 2 8.0 4.0 28.1 3 12.6 6.2 44.0 请回答下列问题： （1）在图乙中，应将A、B分别与 （填“a、b”或“c、d”）连接。 （2）根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于 。 （3）在实验序号为2的测量中，若把图乙中的可动铁芯取走，副线圈匝数，则副线圈两端电压 （填正确答案标号）。 A．一定小于4.0V B．一定等于4.0V C．一定大于4.0V 【答案】： c、d 两个线圈的匝数之比 A 【解析】：（1）在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中，原线圈两端应接入交流电，故应将A、B分别与c，d连接； （2）根据题表中数据可得，在实验误差允许范围内， 得出结论：在实验误差允许范围内，变压器原，副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比； （3）若把题图乙中的可动铁芯取走，磁损耗变大，原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大，根据法拉第电磁感应定律知，副线圈两端电压一定小于4.0V。故选A。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$