2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-探究变压器原副线圈电压与匝数的关系实验专题（含解析）

这是一份2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-探究变压器原副线圈电压与匝数的关系实验专题（含解析），共13页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
1．为探究变压器两个线圈的电压关系，张明同学设计如下实验，操作步骤如下：
①将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。
②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。
③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。
④将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上。
(1)以上操作的合理顺序是____。(填步骤前数字序号)
(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1=1600，n2=400，当将n1作原线圈时，原线圈两端电压为16 V，副线圈两端电压为4 V;n1与n2对调后，原线圈两端电压为8 V时，副线圈两端电压为32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是____。(填写字母关系式)
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.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 (填器材料序号)，
本实验中还需用到的器材有 ．
(2)(多选)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 ．


(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12.0 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.0V

(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
(6)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连接交流电源的原线圈是 (填na或nb)
在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中：
(1)实验时需要的仪器为图中的 (填选项字母)．
(2)某同学在完成上述实验后，采用如图所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小)，为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开 (填选项前的字母)．
A.导线A B.导线B C.开关C D.导线D
(3)一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00V和3.80V，发现电压比与匝数比并不相等，主要原因是 (至少写出两点)．
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，由此可推断_________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)；
(2)如果把它看成理想变压器，若A、B线圈的匝数比为k，则当A线圈接在U1的蓄电池两端以后，B线圈的输出电压为_________；
(3)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。实验的步骤如下：
①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；
②把低压电源接B线圈，测得副线圈的输出电压U；
③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA。
则A线圈的匝数为nA=_________。(用物理量n,U,UA等表示)；
(4)如果把它看成理想变压器，则AB线圈上的交变电流一定具有相同的_________
A.电压B.电流C.频率D.功率
在探究“变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，除了已有的可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)、开关、导线若干，实验室中还备有下列可供选择的器材：
A.条形磁铁 B.交流电源 C.直流电源 D.多用电表
(1)在本实验中还需要选择上述器材中的_________。(填正确答案标号)
(2)某同学将原线圈接在适当的电源上，增大电源的电压，观察到副线圈两端的电压也随之增大；然后在电源电压不变的情况下，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，则可以观察到副线圈两端的电压_________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)为了进一步探究“变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”，该同学又取线圈匝数Na=80匝和Nb=160匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果如表所示，考虑到变压器实际存在的各种损耗，可判断电源U1两端接的是_________(选填“Na”或“Nb”)。
学校实验室提供如图甲所示的可拆变压器元件，某同学探究变压器原、副线圈两端的电压与线圈匝数之间的关系：
1该同学还需要的实验器材是____(填选项前的字母)
A.干电池B.低压交流电源 C．220 V交流电源
D.直流电压表E.多用电表
(2)该同学实验时组装的变压器如图乙所示。铁芯上原、副线圈接入的匝数分别为n1=800匝和n2=200匝，原线圈两端与正弦式交流电源相连，测得原、副线圈两端的电压分别为10V和0.8V，发现结果与正确实验结论有明显偏差，最有可能原因是
A. 副线圈的匝数太少
B. 副线圈的电阻太小
C. 原线圈的匝数太多，电阻过大
D. 没有将铁芯B安装在铁芯A上
(3)改正后正确操作，发现由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比总是______(填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，必须要选用的是__________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(交流电压挡)
F.多用电表(交流电流挡)
用匝数n1=60匝和n2=120匝的变压器，实验测量数据如表，根据测量数据可判断连接电源a的线圈是__________(选填n1或n2)
在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”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12V
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.为了多用表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测
(2)多用表刻度盘上交流电压的刻度是______(选填“均匀”或“不均匀”)的
(3)某实验小组通过实验，记录的数据如下表：
通过分析实验数据可得出的实验结论是______
(4)一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00V和3.90V，据此可知电压比与匝数比并不相等，主要原因是______(至少说出两个原因)
答案和解析
1.【答案】(1)④②③① (2)U1U2=n1n2
【解析】【解析】(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”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，所以操作的合理顺序是④②③①。
(2)根据法拉第电磁感应定律，原副线圈的磁通量的变化率相同，则感应电动势的大小与匝数成正比，两线圈的匝数n1=1600，n2=400，当将n1作原线圈时，U1′=16 V，副线圈两端电压U2′=4 V;在原线圈与副线圈对调后，U1′=8 V时，U2′=32 V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压;由上数据可得U1U2=n1n2。
【答案】(1)④②③① (2)U1U2=n1n2
2.【答案】(1)BC；低压交流电源；(2)AC；(3)B；(4)D；(5)D；(6)nb
【解析】
【分析】
(1)根据实验原理及要求确定所需实验器材；
(2)依据“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验原理，结合各仪器的作用，分析判定；
(3)根据U1U2=n1n2求解；
(4)没有将铁芯闭合会导致漏磁，所以测量副线圈的交流电压表的读数偏小；
(5、6)因漏磁，导致副线圈测量电压应该小于理论变压值。
考查“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验原理，掌握原、副线圈电压与匝数成正比的成立条件，理解理想变压器的含义，及变压器的作用。
【解答】
(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，原线圈中接的是低压交流电源，要探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系需要可拆变压器，要测量交流电压，需要一个测交流电压的仪器即多用电表，开关导线，不需要条形磁铁和直流电源，还需要的器材是低压交流电源；
(2)A.探究变压器原副线圈两端的电压与匝数的关系，为便于探究，应该采用控制变量法，故A正确；
B.变压器的原线圈接低压交流电，副线圈也产生低压交流电，所以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，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量，故C正确；
D.实验通电时，用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联电路中，导致所测数据不准确，故D错误；
故选AC；
(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，则原副线圈的匝数比n1n2=21，理想变压器，根据U1U2=n1n2可得原线圈的电压U1=n1n2U2=10.0V，故B正确；
(4)根据U1U2=n1n2可得U2=n2n1U1=18×12V=1.5V，由于没有将铁芯闭合导致漏磁，所以测量副线圈的交流电压表的读数小于1.5V，故D正确；
(5)若是理想变压器，没有漏磁，根据U1U2=n1n2可得U2=n2n1U1=16×12V=2.0V，在实际实验时，测量副线圈的交流电压表的读数小于2.0V，故D正确；
(6)由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即nb为输入端，na为输出端。
故答案为：(1)BC；低压交流电源；(2)AC；(3)B；(4)D；(5)D；(6)nb
3.【答案】(1)ADF(2)A(3)有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压。
【解析】
【试题解析】
【分析】
(1)变压器只能改变交变电压，所以需要的器材有：交流电压表，开关，导线若干、低压交流电源；
(2)实验结束时，从保护电表角度判断先断开哪根导线。
(3)实际的变压器是不理想的，故有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压。
考查“探究变压器的电压与匝数的关系”的实验原理，掌握原、副线圈电压与匝数成正比的成立条件，理解理想变压器的含义，及变压器的作用。
【解答】
(1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，需耍器材是学生电源，提供低压交流电，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是变压器，B是直流电源，C是条形磁铁，D学生电源，提供低压交流电，E是电压表，F是多用电表，用来测交流电流和电压，结合器材需求和题干，故选ADF；
(2)实验结束时，应先把电表从电路中断开，否则在断开开关瞬间会产生大电压烧毁电表，故应先断开导线A，故A正确，BCD错误；
故选A。
(3)电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器是不理想的，故有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压。
故答案为(1)ADF(2)A(3)有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压。
4.【答案】(1)A；(2)0；(3)nA=UAUn；(4)CD。
【解析】
【试题解析】
【分析】
(1)根据多用电表欧姆挡读数确定电阻大小，根据电阻大小判断匝数多少；
(2)由变压器工作原理分析；
(3)由变压器电压比与匝数比求解；
(4)由理想变压器特点分析。
本题考查变压器原理，要对变压器的原理熟练掌握。
【解答】
(1)由表盘示数可知，A的电阻比B的大，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)蓄电池为直流电源，所以当A线圈接在U1的蓄电池两端以后，B线圈的输出电压为0；
(3)设B端接入电压为UB，B线圈匝数为nB，根据变压器电压比等于匝数比，有：UBU=nBn，UBUA=nBnA，联立得：nA=UAUn；
(4)变压器不改变交变电流的频率，理想变压器输入功率与输出功率相等，故AB错误，CD正确。
故答案为：(1)A；(2)0；(3)nA=UAUn；(4)CD。
5.【答案】(1)BD；(2)增大；(3)Nb。
【解析】
【分析】
本题考查了探究“变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验；要结合变压器的变压比公式列式分析。
(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，所需要的器材有：可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)，多用电表(测电压)，导线、开关，交流电源。
(2)根据变压比等于匝数比进行分析即可；
(3)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略。
【解答】
(1)变压器是互感现象的应用，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，故需要用到低压交流电源，还需要用到多用电表测量原、副线圈的电压，故在本实验中还需要的器材为B、D项。
(2)根据U1U2=n1n2，知保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大。
(3)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略；考虑到这些损耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值，故接电源两端的是Nb。
故答案为：(1)BD；(2)增大；(3)Nb。
6.【答案】(1)BE；(2) D；(3) 大于。
【解析】
【分析】
(1)探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系应使用交流电；
(2)理想变压器原副线圈的电压与其匝数成正比，而可拆式变压器(铁芯不闭合)，不满足此关系，从而即可判定求解。
(3)根据变压器原理分析。
本题考查变压器内容，关键是知道变压器的工作原理，知道铜损与铁损的含义，基础题目。
【解答】
(1)探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系应使用低压交流电，用多用电表测量交变电压，故ACD错误，BE正确；
故选：BE。
(2)根据变压器的工作原理可知，如果把图甲中的铁芯B组装到变压器铁芯A上，则根据变压器变压比可知，U1U2=n1n2，即原、副线圈两端的电压之比为4：1，但实际电压差距很大，说明该同学忘记了把图甲中的铁芯B组装到变压器铁芯A上，导致“漏磁”，则副线圈两端的电压很小，故D正确，ABC错误。
故选：D。
(3)根据变压器原理可知原副线圈两端电压之比等于原副线圈两端电压之比，即变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。
故答案为：(1)BE；(2) D；(3) 大于。
7.【答案】(1)ACE；(2)n2
【解析】
【分析】
本题主要考察探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，若是理想变压器则电压之比应该等于匝数之比，但实验数据表明电压之比不等于匝数之比，则说明此变压器有漏磁现象，根据电压之间的关系找到n2应该接电源。
【解答】
(1)为了完成变压器的探究，需要使用交流电源变压，交流电压的多用电表。为了让变压效果明显需要含有闭合铁芯的原副线圈，因此正确答案为ACE；
(2)由于有漏磁，所以副线圈测量电压应该小于理论变压值，即n2为输入端，n1为输出端。
故答案是：(1)ACE；(2)n2。
8.【答案】D 不均匀 在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比 有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压
【解析】解：(1)A.变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12V，故A错误；
BC、实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联电路中，导致所测数据不准确，故BC错误；
D、使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。
故选：D。
(2)由多用电表的表盘可知，多用表刻度盘上交流电压的刻度是不均匀的；
(3)分析实验数据：
第一组：U1U2= n1n2=14 比值近似相等，
第二组：U1U2= n1n2=200400=0.5比值近似相等，
第三组：U1U2= n1n2=400200=2 比值近似相等，
第四组：U1U2= n1n2=200400=0.5比值近似相等，
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；
(4)电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器是不理想的，故有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压。
故答案为：(1)D；(2)不均匀；3)在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比；(4)有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压
(1)变压器不能改变直流电压；通电时要规范，不能用手接触裸线；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡试测。
(2)多用表刻度盘上交流电压的刻度是不均匀的。
(3)由所给数据求得电压比，匝数比，比较其大小。
(4)实际的变压器是不理想的，故有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压。
本题考查了变压器实验操作的注意事项，探究理想变压器原副线圈电压之比等于匝数之比。本题考查了变压器的原理，知道实际变压器并不理想，导致影响电压的一些常见的因素主要是漏磁、铁芯发热、导线发热等。
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
Ua/V
1.90
2.90
3.90
Ub/V
4.02
6.03
8.02
原线圈匝数n1(匝)
100
200
400
400
副线圈匝数n2(匝)
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