第13章　第71讲　实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 课件---2027高考一轮总复习物理

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第71讲　实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
提能训练　练案[71]
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(1)n1、U1一定，研究n2和U2的关系。(2)n2、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n1对副线圈电压U2的影响，重复1中步骤。
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。
　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。
(1)电源应选________，测量电压应选________(均选填字母代号)。(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)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，多用电表选择量程为0～10 V交流电压挡，读数为_____，并计算出此次实验U1∶U2＝________。
(4)实验可得结论_____________________________________________________________________。(5)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[答案]　(1)B　D　(2)BC　(3)7.9　1∶1.98　(4)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　(5)BC
[解析]　(1)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。(2)变压器是通过互感工作的，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)多用电表选择量程为0～10 V交流电压挡，交流电压读数为7.9 V，则此次实验中U1∶U2＝1∶1.98。
(5)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。
　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．为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 VB．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)某同学在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②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； ③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；④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号)。
[答案]　(1)D　(2)①③②④[解析]　(1)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12 V，故A错误；连接好电路后，要先检查电路是否正确，然后再接通电源，故B错误；通电时，不可直接用手接触裸露的导线、接线柱，否则会在无形之中将人体连在电路中，导致所测数据不准确，同时也有安全隐患，故C错误；为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，应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。
(2)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再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；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；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。故合理的顺序是①③②④。
　(2026·山东淄博期末联考)如图所示，小齐同学从家里旧电器上拆得一环形变压器，但变压器的铭牌已经污损无法看清参数。该同学想利用高中所学知识来测量该变压器原、副线圈的匝数。
(1)结合铭牌残存数据可知图甲中1、2为原线圈接线端，3、4为副线圈接线端，用多用电表电阻挡测量发现都导通；(2)先在该变压器闭合铁芯上紧密缠绕n＝100匝漆包细铜线A，并在铜线A两端输入峰值为560 mV的交流电；
(4)考虑到变压器工作时有漏磁损失，实验中测得的副线圈匝数____(填“大于”“等于”或“小于”)副线圈的实际匝数。[答案]　(3)50　50　200　(4)小于
(4)变压器工作时有漏磁损失，会造成副线圈电压测量值比实际值小，故实验中测得的副线圈匝数小于副线圈的实际匝数。
1．(2026·辽宁大连联考)某学习小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，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。图甲为变压器实物图，在原线圈两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压。请回答下列问题：
(1)观察甲图中变压器的横梁，它的结构和材料是________。A．硬塑料片叠成 B．绝缘的硅钢片叠成C．质地坚硬的大理石 D．长方形铁块(2)原线圈两端应与图乙中的_______(填“a、b”或“c、d”)连接。(3)小宁同学将原线圈0、4接线柱与图乙中的a、b端相连，选择开关置于6 V；电压表与副线圈0、8接线柱相连，则电压表的示数为_____。A．48.0 V B．24.0 VC．12.0 V D．0
(4)小宣同学选择n1＝100匝和n2＝200匝两组线圈进行实验，正确接线后原线圈(n1匝)两端的输入电压为8 V，与副线圈相连的电压表指针位置如图丙所示，则电压读数为________V。
[答案]　(1)B　(2)c、d　(3)D　(4)13.0　(5)不同意。这是因为教学用可拆变压器不是理想变压器，工作时有能量损耗，如线圈通过电流时会发热，铁芯中产生涡流也会发热，交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内，故不能因实际实验误差否定原理。[解析]　(1)变压器的横梁是由绝缘的硅钢片叠成，用来增强磁场，同时减少涡流损耗。故选B。(2)原线圈两端应接交变电流，故与c、d连接。(3)小宁同学将原线圈0、4接线柱与图乙中的a、b端相连，即与直流电连接，变压器不能工作，即输出电压为0，电压表示数为0。故选D。
考虑到漏磁现象，可知电压表读数应小于16 V，可知电压表量程选择了0～15 V，该量程电压表最小分度值为0.5 V，读数保留到十分位，故读数为13.0 V。(5)不同意。这是因为教学用可拆变压器不是理想变压器，工作时有能量损耗，如线圈通过电流时会发热，铁芯中产生涡流也会发热，交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内，故不能因实际实验误差否定原理。
2．(2026·四川眉山期末联考)某学习小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。(1)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 D．微元求和法
(2)学习小组中小明先将图1中的零件组装成图2中的变压器，再将原线圈接在交流电源上，之后再将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈输出电压U2随时间t变化的图像如图3所示，在保证安全的前提下，小明可能在t1～t2时间内进行的操作是________。A．减少了原线圈的匝数B．拔掉了变压器铁芯QC．减小了交流电源的频率D．增大了原线圈的输入电压
(3)学习小组中的小华在实验过程中，选择不同的变压器的原、副线圈匝数，利用电压传感器测量相应电压(N1、N2上电压分别为U1、U2)，记录如下表所示，由数据可知N1一定是________线圈的匝数(填“原”或“副”)。
(4)学习小组中的小文在实验室中找到了一只标有“220 V/11 V”的变压器，如图4所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、b引线比c、d引线粗。在没有相应的说明书情况下，他应该把引线________接交流“220 V”(选填“a、b”或“c、d”)。
[答案]　(1)A　(2)B　(3)原　(4)c、d[解析]　(1)根据实验原理可知，实验中需要运用的科学方法是控制变量法。故选A。(2)由图知，t1时刻前的电压值大于t2时刻后的电压值，而周期不变，如果减少了原线圈的匝数，或增大了原线圈的输入电压，副线圈输出电压U2均增大，故A、D错误；拔掉了变压器铁芯Q，副线圈磁通量减小，则输出电压U2减小，故B正确；只减小交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故C错误。故选B。
(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，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导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈，他应该把引线c、d接交流“220 V”。
3．(2026·四川成都期末联考)某同学欲探究变压器电压与匝数的关系，提供的实验器材有：可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干。图1、图2分别为变压器的实物图和简化图。
(1)将原线圈“0”和“400”两个接线柱接入交流电源，用多用电表交流电压挡先测量原线圈各接线柱间电压的有效值，再测量副线圈各接线柱间电压的有效值。将测得的原线圈电压有效值U与其对应的匝数n描绘在U－n图上如图3直线甲所示。由此可知电源电压的有效值为_______V。
(2)因变压器有漏磁等情况，副线圈电压有效值U与其对应匝数n的图像最符合实际测量结果的是________(选填“乙”或“丙”)。(3)若图1所示的变压器可视为理想变压器，原线圈选择任意两接线柱连接同一交流电源，副线圈选择任意两接线柱连接多用电表交流电压挡，则多用电表最多可以读出________(选填“3”“7”或“9”)种不同的电压值。[答案]　(1)8(或填8.0)　(2)乙　(3)7
[解析]　(1)由图3可知，当原线圈的匝数n＝400匝时，原线圈电压有效值为8 V，故电源电压的有效值为8 V。(2)因变压器有漏磁等情况，故当副线圈的匝数为400匝时，由变压器原、副线圈的电压关系可知，副线圈电压有效值应小于8 V，故最符合实际测量结果的是乙。
当原线圈匝数n1＝100匝，副线圈匝数n2＝300时，多用电表所测的电压U2＝3U1综上所述，原线圈选择任意两接线柱连接同一交流电源，副线圈选择任意两接线柱连接多用电表交流电压挡，则多用电表最多可以读出7种不同的电压值。