备战2024年高考物理一轮重难点复习讲义 实验12+ 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 【全攻略】

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一．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
①n1、U1一定，研究n2和U2的关系．
②n2、U1一定，研究n1和U2的关系．
二．实验器材
学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干．
三．实验过程
(1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响．
①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量．
②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压．
(2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响．重复(1)中步骤．
四．数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系．
五．注意事项
(1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，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，通电时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．
知识一：教材原型实验
【例1】在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。

（1）对于实验过程，下列说法正确的有 ；
A．本探究实验采用了控制变量法
B．测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量
D．因为实验所用电压较低，通电情况下可用手接触裸露的导线、接线柱
（2）若变压器是理想变压器，电源接变压器原线圈“0”、“8”接线柱，副线圈接“0”、“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为6.0V，则原线圈的输入电压应为 ；
A．18.0V B．12.0V C．5.0V D．3.0V
（3）该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验，当原副线圈匝数比为8∶1，原线圈接12.0V交流电压，则测量副线圈的交流电压表的实际读数可能是 ；
A．0V B．9.60V C．1.50V D．0.65V
（4）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下表：
根据测量数据可判断连接交流电源的原线圈是 （填Na或Nb）。
【例2】在探究“变压器的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。
（1）为了确保实验的安全，下列说法正确的是
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16V
B．为使接触良好，通电时应用手直接捏紧裸露的接线柱
C．确保多用电表的安全，使用交流电压档测电压时，先用最大量程档试测
（2）变压器铁芯是利用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。
①铁芯Q安放在铁芯P上时，硅钢片应平行于
A．平面abcd B．平面abfe
C．平面abgh D．平面aehd
②这样设计的原因是 。
（3）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 （选填“多”或“少”）。
（4）用匝数na=400匝和nb=800匝的变压器，实验测量数据如表：
根据测量数据可判断出变压器的原线圈为 （选填“a”或“b”）。
【例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）实验中可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究 （选填“原线圈”或“副线圈”）匝数对副线圈电压的影响。
（2）测量副线圈电压时应当用多用电表的“ 电压挡”（选填“直流”或“交流”），先用 量程挡试测（选填“最大”或“最小”），大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。
（3）若变压器原、副线圈匝数分别选择n1=800匝，n2=400匝，原线圈与10V正弦式交流电源相连，用理想电压表测得输出电压U2=3V，输出电压测量值明显小于理论值，可能的原因是 （单选）
A．原线圈匝数n1少于800匝
B．副线圈匝数n2多于400匝
C．副线圈阻值较大
D．铁芯B没有安装在铁芯A上
（4）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，小灯泡的亮度将增加
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
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
【例4】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：
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
一、实验题
1．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，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）如果把它看成理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤（写出要测的物理量，并用字母表示） ； ； 。A线圈的匝数为 。（用所测物理量符号表示）
2．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。他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干。
（1）实验需要以下哪种电源 ；
A．低压直流电源 B．高压直流电源
C．低压交流电源 D．高压交流电源
（2）该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数，再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈电压值。由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的 值 （填“有效”或“最大”）。其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为 ；
（3）理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 （填“正比”或“反比”）；
（4）由于实验中变压器的铜损和铁损导致变压器并非理想。实验中，上图中变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接“0；4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则原线圈所接电源电压可能为 。
A．16.0 V B．10.0 V C．5.0 V D．2.5 V
3．（1）某同学用图所示的变压器做“探究变压器两端电压与匝数的关系”实验：

①如图所示，变压器右边原线圈“0”和“1”接线柱所接的电源应是 （填“甲”或“乙”）；
②右边“0”和“1”接线柱接电源的同时，左边接线柱依次接“0”和“2”、“0”和“8”、“0”和“16”，测得如下数据：
上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是( )
A．等效法 B．控制变量法 C．转换法 D．类比法
4．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。
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 。
5．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 。
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
6．在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。
（1）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。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
（2）用学生电源给原线圈供电，用多用表测量副线圈两端电压，下列操作正确的是 。
A．原线圈接直流电压，电表用直流电压挡
B．原线圈接直流电压，电表用交流电压挡
C．原线圈接交流电压，电表用直流电压挡
D．原线圈接交流电压，电表用交流电压挡
（3）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间（接入匝数为800匝），用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱（接入匝数为400匝）之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为 。
A．1.5V B．3.5V C．5.5V D．7.0V
（4）实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为 。
A．原、副线圈上通过的电流发热
B．铁芯在交变磁场作用下发热
C．原线圈输入电压发生变化
D．变压器铁芯漏磁
（5）图为某电学仪器原理图，图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为该电学仪器电压输出部分，该部分与一理想变压器的原线圈连接；一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2。在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当= 时，R获得的功率最大。
7．（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有 ；
（2）若在实验中用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示．根据测量数据，下列说法正确的是
A．N1一定是原线圈
B．N2一定是原线圈
C．N1可能是副线圈
D．N2可能是副线圈
8．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示：
（1）下列说法正确的是
A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B．变压器中铁芯是整块硅钢
C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
（2）实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下，由数据可知一定是 线圈的匝数（填“原”或“副”）
根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原副线圈两端电压与匝数的关系： 。
（3）学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为 线圈。（填“原”或“副”）
9．某实验小组用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”，可拆变压器如图甲、乙所示。
（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的是( )。
（2）关于本实验，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．因为使用的电压较低，通电时可直接用手接触裸露的导线进行连接
C．实验时可以保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，探究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D．变压器开始正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈
（3）某次实验中，用匝数匝和匝的线圈实验，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，用较粗导线绕制
B．副线圈的匝数为，用较细导线绕制
C．原线圈的匝数为，用较细导线绕制
D．副线圈的匝数为，用较粗导线绕制
10．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，李辉同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“ × 100”的匝数。
（1）本实验中，实验室有下列器材：
A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B．条形磁铁
C．直流电源
D．多用电表
E．开关、导线若干
上述器材在本实验中不需要的有 （填器材序号），本实验中还需要用到的器材有 。
（2）对于实验过程，下列说法正确的有 。
A．为便于探究，应该采用控制变量法
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量
D．因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
（3）实验中，电源接变压器原线圈“0”“8”接线柱，副线圈接“0”“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为 。
A．18.0V B．10.0V C．5.0V D．2.5V
（4）组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图所示，原线圈接12.0V的学生电源，原、副线圈的匝数比为8：1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是 。
A．0V B．96.0V C．1.5V D．0.65V
（5）李辉同学正确组装变压器后，把12.0V的学生交流电源接到原线圈“2”“8”接线柱（相当于600匝），副线圈接线“0”“1”接线柱，如图所示。在确认电路连接无误的情况下，接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是 。
A．0V B．5.8V C．2.0V D．1.5V
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
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
线圈
原线圈
副线圈
接线柱
接“0”和“1”
接“0”和“2”
接“0”和“8”
接“0”和“16”
电压/V
5.6
11.0
45.0
92.5
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
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
实验次数
1
2
3
4
U1/V
0.90
1.40
1.90
2.40
U2/V
2.00
3.01
4.02
5.02
匝
匝
A．干电池
B．学生电源
C．直流电压表
D．多用电表
1.80
2.80
3.80
4.90
4.00
6.01
8.02
9.98