14.3探究变压器电压和匝数的关系（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

这是一份14.3探究变压器电压和匝数的关系（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理，共15页。试卷主要包含了 体会控制变量法，了解实验误差，8V ； 0，7V B．8，98等内容，欢迎下载使用。
第14.3讲 探究变压器电压和匝数的关系
【知识点精讲】
一、实验目的
1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
2. 体会控制变量法，了解实验误差.。
二、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)n1一定，研究n2和U2的关系。
(2)n2一定，研究n1和U2的关系。
三、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。
四、实验步骤
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。
(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．
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。
(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．
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五、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
2．由表格数据得出结论
(1)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。
(2)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。
六、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。
七、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。
【最新高考题精练】
1.（2021年1月浙江选考）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4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 (单选)。
A.平面abcd B.平面 abfe
C.平面abgh D.平面aehd
【参考答案】D
【名师解析】为了减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd，这样可以增大硅钢片的电阻，减小涡流损失，选项D正确。
2．（2017年4月浙江选考）（1）为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，必须要选用的是__________（多选）。
A．有闭合铁芯的原副线圈；B．无铁芯的原副线圈
C．交流电源； D．直流电源；
E．多用电表（交流电压档）F．多用电表（交流电流档）
用匝数na=60匝和nb=120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_______（填na或nb）
【参考答案】(1)ACE nb
【名师解析】(1)变压器的原理是互感现象的应用.是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，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.题意为探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系.需要测量电压J所以需要一个测电压的仪器，所以需要的器材有A、有闭合铁芯的原副线圈:c交流电源 E多用电表哎交流电压档;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、导线发热等影晌判断出 Ub 为原线圈上电压大小，则判断出: nb接的是电源.
【最新模拟题精练】
1. . （2023北京朝阳二模）某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
（1）该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端，并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压，得到的实验数据如下表所示。
根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，______________。
（2）该同学利用（1）问中第2组数据时的副线圈给一标有“3.8V ； 0.3A”字样的小灯泡供电，发现小灯泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为3.00V，并不是8.36V，其原因主要是_____________。
（3）可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成。如图所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小灯泡。第一次，缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合；第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条，重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是________。
A．第二次实验中小灯泡更亮些
B．用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块更容易发热
C．无论用普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流
（4）如图所示的电路中，电压为的交流电源通过阻值为的定值电阻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、。若保持不变，将可变电阻R的阻值增大，则流经原线圈的电流________（选填“增大”“减小”或“不变”）；当可变电阻R的阻值为________时（用、和表示），可变电阻R的功率最大。
【参考答案】（1） ①. 变压器原、副线圈的电压比等于匝数比 （2） ②. 副线圈有电阻，副线圈有内压
（3）③. BC##CB （4） ④. 减小 ⑤.
【名师解析】
（1）[1] 根据实验数据，得到的结论为： 在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。
（2）[2]副线圈有电阻，副线圈有内压。
（3）铁芯横条与普通铁块都是导磁材料，铁芯闭合后，减小了漏磁现象，产生的感应电动势增大，小灯泡变亮；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，这样设计的原因是减小涡流，提高变压器的效率，用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块由于涡流更容易发热，变压器效率低一些，第一次实验中小灯泡更亮些，故A错误，B正确；
无论用普通铁块还是用铁芯横条，副线圈中还是交变电流，流经小灯泡的电流均为交变电流，故C正确。
（4）[4] 在原、副线圈匝数比一定的情况下，R增大，副线圈电流I2减小，设原线圈电流为I1，根据，知流经原线圈的电流I1减小。
[5] 把变压器和R等效为一个电阻，R0当作电源内阻，则输出功率
当内外电阻相等即
时，输出功率最大，根据，得
代入，解得
2. （2023福建漳州三模）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
【参考答案】 （1） ①. c、d （2） ②. 两个线圈的匝数之比 （3） ③. A
【名师解析】
（1）[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）[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）[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。
3．（2023湖北部分重点中学期中联考）（10分）在“探究变压器线圈两端电压和匝数的关系”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，则原线圈的输入电压可能为_______。（填字母）
A．1.5V B．3.5V C．5.5VD．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_____。（填字母代号）
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）图乙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、。在交流电源的电压有效值不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当=___________时，R获得的功率最大。
【参考答案】：（1）A（2分） （2）D（2分） （3）D （2分）
（4）C （2分） （5）（2分）
【名师解析】：（1）在物理学中，当一个物理量与两个或两个以上的物理量有关系，需要研究其中两个物理量之间的关系时，需要控制其它物理量保持不变，从而方便研究二者之间的关系，该方法称之为控制变量法。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为控制变量法。故选A。
（2）变压器的工作原理是互感，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电源，电表用交流电压挡。
故选D。
（3）若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系
若变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱，副线圈接“0”和“4”两个接线柱，可知原副线圈的匝数比为，副线圈的电压为3V，则原线圈的电压为
考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于6V，可能为7V。故选D。
（4）原、副线圈上通过的电流发热，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，选项AB不符合题意；
原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，选项C符合题意。
变压器铁芯漏磁，从而导致电压比与匝数比有差别，选项D不符合题意；
（5）把变压器和R等效为一个电阻R1，R0当做电源内阻，当内外电阻相等时，即
，此时，输出功率最大，根据得，将公式
代入上式，可得，从而得出时获得的功率最大。
4. （2023浙江台州部分重点高中联考）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
【参考答案】： （1） ① BD##DB （2） ②. C （3） ③. C
【名师解析】：
（1）以下给出的器材中，本实验需要用学生电源输出交流电压，需要用多用电表的交流挡测电压。故选BD。
（2）为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，A错误；
即使使用的电压较低，通电时也不可直接用手接触裸露的导线进行连接，而且这样操作时，将人体并联到电路中，将导致测量数据不准确，B错误；
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，C正确；
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，D错误。
（3）[3]由表格数据可知
考虑到实验中所用变压器并非理想变压器，即存在功率损失，使得原、副线圈电压之比大于匝数比，所以原线圈的匝数为，副线圈的匝数为；原线圈电压较大，电流较小，所以原线圈用较细导线绕制，而副线圈电压较小，电流较大，所以副线圈用较粗导线绕制。故选C。
5.（2023江苏南京重点高中质检）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”）。
【参考答案】（1）C （2）①D ②减小涡流，提高变压器的效率
（3）少 （4）b
【名师解析】（1）变压器只能使用交变电压，不能使用低压直流电源，A错误； 为使接触良好，应该拧紧接线柱，但不能用手直接捏紧裸露的接线柱，B错误；为了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，C正确。
（2）①变压器正视图如图。硅钢片的作用是形成磁路，其磁路如图中虚线。硅钢片中磁场变化在垂直于虚线的平面内产生感应电流，所以为了减小涡流产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd，选项D正确。
②这样设计的原因是减小涡流，提高变压器的效率。
（3）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈为低压线圈，电流大，匝数少。
（4）由于实验所用的变压器会产生电能损耗，其实际测量得到的副线圈电压将小于利用理想变压器变压公式得到的值，所以根据测量数据可判断出变压器的原线圈为b。
6（2）(2023浙江台州期中)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中：
①下列器材需要的有______。
A． B． C． D．
②如图所示，当左侧线圈“0”“8”间接入某一电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间的输出电压是4V，则左侧的输入电压可能是______。
A．8.7V B．8.0V C．7.3V
③观察变压器的铁芯，它的结构和材料是______。
A．整块硅钢 B．相互绝缘的铜片
C．相互绝缘的水平叠放的硅钢片 D．相互绝缘的竖直叠放的硅钢片
【参考答案】①. BD##DB ② . A ③ D
【名师解析】
①．因为变压器两端要接入交流电源，才能起到变压的作用，所以不能用干电池，要用由交流输出的学生电源。故A错误；B正确；．测量交流电压不能用直流电压表，要用多用电表。故C错误；D正确。
②因为当左侧线圈间接入电压时，左侧线圈匝数为8n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈匝数为4n，所以当变压器为理想变压器时满足
右侧线圈“0”“4”接线柱间的输出电压是4V，则
因为实际情况时，变压器有漏磁，且线圈有焦耳热产生，故左侧输入电压应该大于8.0V。故选A。
③观察变压器的铁芯，由于涡流在导体中会产生热量，所以它的结构是相互绝缘的竖直叠放的硅钢片，D正确。
7.（2023浙江宁波重点高中期末）（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：
第18题图1
第18题图2
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”)；
甲 乙
第18题图3
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
【参考答案】①乙 ②B
【名师解析】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交流电压乙。
②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控制变量法，选项B正确。
8. （2023年7月广州期末）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_________；

（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
（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）。
【答案】 ①. AC##CA ②. B ③. D ④. Nb
【解析】
【详解】（1）[1]A.为便于探究，可以采用控制变量法，故A正确；
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“交流电压挡”，故B错误；
C.使用多用电表测电压时，为了安全先用最大量程试测，再选用适当挡位进行测量，故C正确；
D.虽然实验所用电压较低，但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样可减小实验误差，避免发生危险，故D错误。
故选AC。
（2）[2]变压器为理想变压器，则原线圈电压为
故选B。
（3）[3]假设变压器为理想变压器，则副线圈电压为
考虑到变压器不是理想变压器，则副线圈两端电压小于1.5V，电压表测量有效值，则读数小于1.5V，故选D。
（4）[4]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，由理想变压器规律
由表格数据Ua总是略小于Ub，故Nb一定是原线圈。原线圈
匝数n1
副线圈
匝数n2
原线圈
电压U1
副线圈
电压U2
eq \f(n1,n2)
eq \f(U1,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
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
副线圈匝数
原线圈电压
（V）
副线圈电压
（V）
1
400
200
4.22
2.10
2
400
800
4.22
8.36
3
400
1600
4.22
16.83
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
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
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
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98