2025-2026学年高二寒假物理假期作业 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系（实验专题）

高中物理选择性必修第二册假期作业 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系（实验专题） 1、 实验过程 1.实验思路 交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压。线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 2.实验器材 两只多用电表、学生电源(低压交流电源)、开关、可拆变压器(如图甲)、导线若干。 3.实验步骤 (1)按图乙所示连接好电路，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)闭合开关，读出两多用电表的电压值，并记录在表格中。 (3)保持原、副线圈匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值。 (4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录每次的副线圈匝数和对应的电压值。 4.实验结论 在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数比，即=。 5.误差分析 由于存在能量损耗以及漏磁，所以副线圈测得的电压值会小于理论电压值。 6.注意事项 (1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 (2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。  (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。 2、 针对训练 1.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中： (1)下列仪器中不需要的是　　　　。  (2)实验时原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是　　　　。  A.原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡 D.原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡 (3)若某次实验中使用匝数N1=400匝、N2=800匝的变压器，测得的电压分别U1=3.6 V、U2=8.2 V，据此可知　　　　(选填“N1”或“N2”)是原线圈匝数。  (4)造成(3)中误差的原因可能为　　　　。  A.原线圈上的电流产生热量 B.副线圈上的电流产生热量 C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入电压发生变化 (5)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计　　　　。  2.有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线． (1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置(a在左、b在右)，若两线圈导线材料、横截面积相同，由此可推断________线圈的匝数较多(填“A”或“B”)． (2)如果把它看成理想变压器，A、B线圈的匝数的比值为k，则当A线圈接在电压为U1的蓄电池两端以后，B线圈的输出电压为________． (3)如果把它看成理想变压器，则A、B线圈上的交变电流一定具有相同的________． A．电压 B．电流 C．功率 (4)现要测量A线圈的匝数，提供的器材有一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源．实验步骤如下： ①用长导线绕一个匝数为n的线圈C作为副线圈代替A线圈． ②把低压交流电源接在B线圈上，测得C线圈的输出电压为U. ③用A线圈换下C线圈，测得A线圈的输出电压为UA. 则线圈A的匝数nA＝________(用n、U、UA表示)． 3.某班物理实验课上，同学们用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”．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．变压器的原线圈接低压交流电源，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响 D．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 E．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 F．变压器开始正常工作后，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 (2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上．原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡．下列说法正确的是 ． A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力 B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变 C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起 (3)理想变压器是一种理想化模型．请分析说明该模型应忽略哪些次要因素 ． 4．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中． (1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是 ． A．为了保证人身安全，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，可不经检查电路是否正确，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 (2)某实验小组通过实验，记录的数据如下表： 原线圈匝数n1 100 200 400 400 副线圈匝数n2 400 400 200 800 原线圈两端的电压U1(V) 1.96 4.90 8.00 4.86 副线圈两端的电压U2(V) 7.80 9.76 3.90 9.64 通过分析实验数据可得出的实验结论是 ． 5.在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系”实验中，某同学利用如图所示可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究． (1)实验还需要下列器材中的 ； (2)实验中，图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，所接电源电压为交流10.0 V，副线圈接“0、4”接线柱，则副线圈所接电压表示数可能是 ． A．22.0 V B．15.0 V C．5.0 V D．2.5 V 6.图甲为教学用的可拆变压器，A、B线圈均由材料和直径相同的导线绕制而成。 (1)(1分)某同学用多用电表欧姆挡分别测量A、B线圈的电阻值，发现A线圈电阻约为B线圈电阻的2倍，则可推断　　　　线圈的匝数多(选填“A”或“B”)；  (2)(1分)为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，在图乙中该同学把线圈A与学生电源连接，另一个线圈B与小灯泡连接。其中线圈A应连到学生电源的　　　　(选填“直流”或“交流”)输出端上；  (3)(2分)将与灯泡相连的线圈B拆掉部分匝数，其余装置不变，继续实验，则灯泡亮度　　　　(选填“变亮”或“变暗”)；  (4)(2分)某次实验时，变压器原、副线圈的匝数分别为220匝和110匝，学生电源输出端电压的有效值为6 V，则小灯泡两端电压的有效值可能是　　　　。  A.12 V B.6 V C.3.6 V D.2.8 V 7.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)(1分)下列实验器材必须要用的有　　　　。  A.干电池组 B.低压交流电源 C.多用电表 D.直流电压表 E.滑动变阻器 F.条形磁体 G.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈) (2)(2分)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.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)(2分)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。 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 通过实验数据分析可以得到的实验结论是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)(2分)导致该同学实验出现系统误差的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)(1分)另一同学正确组装变压器后，用匝数na=400匝和nb=800匝的变压器实际测量数据如表，根据测量数据可判断连接交流电源的原线圈是　　　　　(填“na”或“nb”)。  Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第二册假期作业 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系（实验专题）答案 1.答案　(1)AB　(2)C　(3)N2　(4)ABC　(5)D 解析　(1)“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是低压交流电源，同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线，结合题目给定的器材，图A是干电池，B是条形磁体，C是低压交流电源，D是多用电表，故不需要的是A、B。 (2)根据实验原理可知，原线圈应接交流电压，副线圈接电压表，应用多用电表的交流电压挡。故选C。 (3)若某次实验中用匝数N1=400匝、N2=800匝的变压器，测得的电压分别为U1=3.6 V、U2=8.2 V，则有<，因为变压器不是理想的，存在漏磁，线圈电阻大、铁芯发热、导线发热等电能损耗，即副线圈电压小于原线圈电压的一半，则N2一定是原线圈匝数，N1为副线圈匝数。 (4)原、副线圈上通过的电流产生热量，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，故A、B正确； 变压器铁芯漏磁，从而导致电压比和匝数比不等，故C正确； 原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D错误。 (5)根据题意可知，由于变压器工作时会在铁芯Q中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯Q中不产生较大的涡流，如图所示，应通过相互绝缘的硅钢片使平行于efgh的各平面和平行于abfe的各平面都不能形成闭合回路，所以作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照平行于adhe平面的形式设计。故选D。 2.答案　(1)A(2分)　(2)0(2分)　(3)C(2分)　(4)n(2分) 解析　(1)从多用电表示数可知，a位置指针指的电阻数值大于b位置指针所指的电阻数值，所以A线圈的匝数较多． (2)变压器不能对直流电压变压，故B线圈输出电压为0. (3)理想变压器两端功率相同，所以A、B线圈上的交变电流一定具有相同的功率，故选C. (4)由题可知＝＝，解得nA＝n. 3.答案　(1)CDF　(2)AC　(3)见解析 解析　(1)为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，使得副线圈上的电压较小，选项A错误；变压器的原线圈接低压交流电源，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，选项B错误；可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响 ，选项C正确；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，防止烧坏电表，选项D正确；变压器开始正常工作后，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，而不是铁芯导电传输电能，选项F正确，E错误． (2)变压器线圈通电后会产生磁场，从而对变压器上端的横条铁芯有吸引作用，则与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，选项A正确；若仅增加原线圈绕制的圈数，则副线圈上电压减小，小灯泡的亮度将变暗，选项B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，则副线圈上电压变大，根据欧姆定律可知，输出电流增大，则输入电流变大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，选项C正确． (3)理想变压器模型应忽略的次要因素如下： ①不计漏磁，即通过原、副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失； ②不计原、副线圈的电阻，因而不计线圈的热能损失； ③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的热能损失． 4.答案　(1)D　(2)在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比 解析　(1)变压器使用的是交流电压，因此为了保证人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12 V，A错误；实验通电前必须要先检查电路是否正确，通电时用手接触裸露的导线、接线柱等，会将人体并联入电路中，导致所测数据不准确，同时也有安全隐患，B、C错误；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． (2)分析每组实验数据，可知与的值近似相等，可得出的实验结论是，在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比． 5.答案　(1)AD　(2)D 解析　(1)探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系实验要用到交流电压表，B是直流电流表，C是直流电压表，A是多用电表，可以用多用电表的交流电压挡测电压；实验中为了保证人身安全，输入电压不能超过12 V，需要学生电源，故选A、D. (2)如果是理想变压器，则电压比等于匝数比，输出电压为5.0 V，但可拆式变压器铁芯不闭合，存在比较大的漏磁，实际输出电压小于5.0 V，故选D. 6.答案　(1)A　(2)交流　(3)变暗　(4)D 解析　(1)根据电阻定律可知相同材料、相同截面积条件下导线越长电阻越大，故A线圈的匝数多； (2)变压器只能改变交流电压，线圈A应连到学生电源的交流输出端上； (3)线圈B拆掉部分匝数，则n2减小，因此变压器副线圈电压U2减小，灯泡的功率为P= 可知灯泡功率降低，亮度变暗； (4)理想变压器= 可得U2==3 V 实验过程中由于存在漏磁、铁芯发热、导线发热等情况，副线圈的实际电压应小于理想变压器副线圈电压的理论值，应小于3 V，可能为2.8 V，故选D。 7.答案　(1)BCG　(2)BC　(3)见解析　(4)见解析　(5)nb 解析　(1)实验中，必须要有学生电源提供交流电，B需要，A、D不需要； 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，E不需要，C需要； 本实验不需要条形磁体，用可拆变压器来进行实验，G需要，F不需要。 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； 为了保护多用电表，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； 变压器的工作原理是电磁感应现象，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=。 (4)导致该同学实验出现系统误差的原因可能是：变压器有漏磁、线圈有电阻产生热量等。 (5)由于存在有漏磁、原副线圈内阻分压等因素，所以副线圈测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律有== 由表格数据值Ua总是小于Ub，故Ua应该是副线圈的电压值，Ub应是原线圈的电压值，可判断连接交流电源的原线圈是nb。 学科网（北京）股份有限公司 $