2025届高三物理一轮复习精品课件第十二章交变电流电磁振荡实验十六探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

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1.通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法。 2.会处理实验数据，了解实验误差的来源。
例1 某实验小组用如图1所示电路探究“变压器的电压与匝数的关系”，图中变压器为可拆变压器。
考点一　质点、参考系和位移
(1)电源应选________，测量电压应选________(均选填字母代号)。
解析　实验需要提供交流电源，干电池只能提供直流电源，所以电源应选学生电源。实验中要测量的是交流电压，故不能选直流电压表，只能选用多用电表。答案　B　D　
(2)若用匝数N1＝100匝和N2＝200匝的变压器做实验，在原线圈N1的两端分别加上2 V、4 V、6 V和8 V的电压，测量出副线圈两端的相应的电压，记录在下面的表格中。表格中第2次实验，副线圈上电压的示数如图2所示，电压量程为0～10 V交流电压挡，读数为________，并计算出此次实验U1∶U2＝________。
解析　电压量程为0～10 V交流电压挡，交流电压读数为7.80 V，则此次实验中U1∶U2＝1∶1.95。答案　7.80　1∶1.95　
(3)实验可得结论___________________________________________________________。
答案　在误差允许的范围内，理想变压器的原线圈与副线圈的电压之比等于线圈匝数之比　
(4)导致实验误差的原因可能是________。A.原线圈所加电压小B.变压器的铁芯漏磁C.变压器的铁芯产生涡流
解析　原线圈输入电压大小不会影响电压比和匝数比，故A错误；变压器的铁芯漏磁使得能量损耗，从而导致电压比与匝数比有差别，故B正确；变压器的铁芯产生涡流使得能量损耗，从而会导致电压比与匝数比有差别，故C正确。答案　BC
例2 (1)为探究变压器两个线圈的电压与匝数关系，张明同学设计了如图3所示的实验电路，操作步骤如下：
A.将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤；B.将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；C.闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；D.将两个线圈套到可拆变器的铁芯上；
①以上操作的合理顺序是________(填步骤前的字母代号)；②在实验中，当原线圈匝数n1＝1 600匝，副线圈匝数n2＝400匝时，若原线圈两端电压为8 V，则副线圈两端电压为2 V；原、副线圈对调后，原线圈两端电压为3 V，副线圈两端电压为12 V，那么可初步确定，变压器原、副线圈的电压U1、U2与原、副线圈匝数n1、n2的关系是________(填写字母关系式)。
③本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是________。A.控制变量法　B.等效替代法　C.整体隔离法
解析　①在探究变压器两个线圈的电压与匝数关系实验中，操作的合理顺序应该是DBCA。
③本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故A正确。
1.有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图5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)。
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。根据电阻定律，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、输出电压都是交变电压，所以要用交流电压挡测绕制线圈的输出电压U。
2.小华同学做了探究变压器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6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.电压的测量出了问题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，实验测量数据如下表。
根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(选填“na”或“nb”)。
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，因此选用甲图器材，故A正确，B、C、D错误。
(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U2为原线圈上电压大小，则接电源的是nb。
1.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，某同学利用可拆变压器来进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。(1)为了保证实验能够安全进行，下列说法正确的是________。A.实验中选取的电源为低压直流电源，电压不超过12 VB.因为电源为低压电源，通电时可以用手接触裸露的导线和接线柱C.连接好线路后可以先直接接通电路，根据电路的反应来确认电路是否连接正确或者排查电路故障D.为了保护交流电压表，测电压时先用最大量程挡试测
(2)在测量交流电源的电压时，用仪器测量的电压是交流电压的________(填“瞬时”“有效”或“最大”)值。(3)在该同学的实验报告中，已知电源连接的线圈匝数记录为n1匝，电源电压为U1。我们看到数据表格中某一列缺失的实验数据可能为________。
答案　(1)D　(2)有效　(3)B
解析　(1)实验中选取电源为低压交流电源，故A错误；即使电源为低压电源，通电时也不可以用手接触裸露的导线和接线柱，故B错误；连接好线路后要检查电路正确连接才可以通电，故C错误；为了保护交流电压表，测电压时先用最大量程挡试测，故D正确。(2)交流电压表测量的是交流电压的有效值。
2.一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。(1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压________(填“直流”或“交流”)电源。(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将简易变压器的A、B两线圈依次接电源，用电压表分别测出线圈A、线圈B及线圈C两端的电压，记录在下面的表格中，则线圈A的匝数为________匝，线圈B的匝数为________匝。
(3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该________(填“多一些”“少一些”)更好。
答案　(1)交流　(2)400　190　(3)多一些解析　(1)需要选用低压交流电源。
3.(1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”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
答案　(1)AC　(2)B解析　(1)该实验要用低压交流电源和交流电表，所以不需要干电池和滑动变阻器。故选A、C。
4.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1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匝”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.多用电表D.直流电源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)，本实验中还需用到的器材有________。
(2)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4.0 V，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为________。A.12.0 V　　B.10.0 V　　C.8.0 V　　D.2.0 V　　E.2.5 V
(3)组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图2所示，原线圈接8.0 V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.0 V　　B.0.7 V　　C.1.0 V　　D.64.0 V(4)李辉同学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”)。
答案　(1)BD　低压交流电源　(2)C　(3)B　(4)原解析　(1)变压器的原理是互感现象，是原线圈磁场的变化在副线圈中产生感应电流，所以不需要外界的磁场，故不用条形磁铁；如果原线圈中通的是直流电源，则副线圈中不会有感应电流产生，故不用直流电源，需要用到低压交流电源，本实验中还需补充的器材是低压交流电源。
(4)理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。