高考物理【一轮复习】讲义练习实验十六　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

这是一份高考物理【一轮复习】讲义练习实验十六　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，共11页。试卷主要包含了2 V，因此电表读数为7，6 V和U2＝8，92，0 V等内容，欢迎下载使用。

例1 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，利用如图甲所示的可拆变压器能方便地改变原、副线圈的匝数比。
(1)变压器的工作原理是 (选填“互感”或“自感”)现象，理想变压器原、副线圈两端的电压之比与原、副线圈的匝数之比 。
(2)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，并记录相关数据，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
(3)在某次实验中，一同学分别测出相应的原、副线圈两端电压值。由于交变电流电压是变化的，所以实际上测量的是电压的 (选填“有效”“平均”或“最大”)值，其中一次多用电表读数如图乙所示，此时电表读数为 V。
(4)在实验过程中，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 V
B.连接好电路后，可不检查电路是否正确，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，使用交流电压挡测量电压时，先用最大量程挡试测
(5)该同学在完成实验后，挑选了几组数据进行分析，如下表所示，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈两端的电压，对实验数据进行分析，可以得出的结论是
。
(6)该同学在分析数据时发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，下列原因可能正确的是 。
A.在交变电流产生的过程中，副线圈中电流的频率比原线圈中电流的频率低
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.原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失
答案 (1)互感 相等 (2)A (3)有效 7.4
(4)D (5)在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压之比与匝数之比相等，即U1U2＝n1n2 (6)BCD
解析 (1)变压器的工作原理是互感现象，理想变压器原、副线圈两端的电压之比与其匝数之比相等。
(2)该探究实验采用的科学探究方法是控制变量法，故选A。
(3)对于交变电流，电压表测量的是有效值，根据题图乙中所示，选用的是交流电压10 V挡，最小分度值是0.2 V，因此电表读数为7.4 V。
(4)变压器使用的是交流电压，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，故A错误;实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等，连接好电路后，要检查电路是否连接正确，再接通电源，故B、C错误;使用多用电表测量电压时，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。
(5)通过分析题表中数据可得，在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压之比与匝数之比相等，即U1U2＝n1n2。
(6)变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是绕制线圈的导线发热损耗、铁芯中的涡流发热损耗、铁芯对磁场的约束不严密损耗，B、C、D正确;变压器不改变电流的频率，A错误。
例2 某同学利用自耦变压器探究降压时“变压器线圈两端的电压与匝数关系”的实验，变压器结构图如图所示。
回答下列问题:
(1)实验过程中为了安全选用了学生电源供电，连接电路时，应该将学生电源 (选填“直流”或“交流”)接线柱和自耦变压器的 (选填“A、B”或“C、D”)接线柱相连接。
(2)在测量变压器副线圈上电压时，选用了多用电表进行测量，如果某次实验副线圈上的电压大约为6 V，则多用电表挡位选择开关应该旋至哪个位置? ;正确选挡开始实验，刻度盘指针如图，读数为 V。
(3)实验时保持变压器原线圈输入电压不变，调节旋钮P的位置并记录数据，从所得数据发现原、副线圈电压比总是略大于对应匝数比，造成这一误差的原因可能是(说出一条即可)
。
答案 (1)交流 A、B (2)交流10 V 6.4
(3)有漏磁现象;铁芯内有涡流;线圈上有电阻
解析 (1)变压器工作需接交变电流，为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，让副线圈上得到较低的电压，故电源连接自耦变压器的A、B接线柱。
(2)实验时副线圈上的电压大约为6 V，则多用电表挡位选择交流10 V;由图可知，电压挡10 V的量程精度为0.2 V，故示数为6.4 V。
(3)主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁现象、铁芯内有涡流发热、导线线圈有电阻发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。
跟踪训练
在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中:
(1)下列仪器中不必用到的是 。
(2)实验时，原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，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，电表用交流电压挡
D.原线圈接交流电压，电表用直流电压挡
(3)若某次实验中用匝数n1＝400匝和n2＝800匝的变压器，测得的电压分别为U1＝3.6 V和U2＝8.2 V，据此可知 (选填“n1”或“n2”)是原线圈，电压比与匝数比不相等，可能的原因是 。
(4)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 。
A.导线AB.导线B
C.开关CD.导线D
答案 (1)AB (2)C (3)n2 漏磁、铁芯发热、导线发热等 (4)A
解析 (1)“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，需要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是干电池;B是条形磁体;C是学生电源，提供低压交流电;D是多用电表，用来测量交变电流和电压，结合器材需求可知，不必用到的是A、B。
(2)根据实验原理可知，原线圈应接交流电压，副线圈接电压表，应接入交流电压挡，故C正确，A、B、D错误。
(3)匝数之比近似等于电压之比，即U1U2≈n1n2，结合变压器不是理想的，存在漏磁、铁芯发热、导线发热等电能损耗，即副线圈电压小于理论值，则n2一定是原线圈，n1为副线圈。
(4)实验结束时，应先把电表从电路中断开，否则在断开开关的瞬间会产生大电压烧毁电表，故应先断开导线A，故A正确，B、C、D错误。
1.(2025·湖北武汉模拟)如图所示为可拆变压器，原线圈与学生电源相连，副线圈与小灯泡相连，原、副线圈接入匝数分别为100匝和200匝，学生电源置于交流电压“6 V”时，小灯泡正常发光。下列说法正确的是( )
A.小灯泡的额定电压可能小于12 V
B.减小接入副线圈的匝数，原线圈的电流会增大
C.将可拆变压器的横条铁芯取下，小灯泡也能正常发光
D.若原线圈接入恒定电压“6 V”时，小灯泡也能正常发光
答案 A
解析
2.某同学用如图所示的变压器做“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 (选填“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
答案 (1)乙 (2)B
解析 (1)变压器正常工作时，原线圈应接交流电源，因此变压器右边原线圈“0”和“1”接线柱所接的电源应是交流电源乙。
(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。故选B。
3.一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 (选填“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 (选填“多一些”或“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。
(2)根据变压器变压原理有nAnC＝UAUC
解得nA＝UAUCnC＝400匝
同理有nBnC＝UBUC
解得nB＝UBUCnC＝190匝。
(3)根据nAnC＝UAUC，可知C的匝数越多，C的电压示数越大，测量更准确，故线圈C的匝数应该多一些。
4.(2025·福建厦门质检)小强同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图甲所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。
(1)除图甲中的器材外，下列器材中还需要的是 (选填仪器前的字母)。
(2)变压器铁芯的结构和材料是 。
A.整块不锈钢铁芯
B.整块硅钢铁芯
C.绝缘的硅钢片叠成
(3)如图乙所示，操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，原线圈输入电压为U1＝4 V，匝数为n1＝200匝，改变副线圈匝数n2，测量副线圈两端的电压U2，得到U2－n2图像如图丙所示，则可能正确的是图线 (选填“a”“b”或“c”)。
答案 (1)CD (2)C (3)c
解析 (1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是低压交流电源，所以不需要干电池，磁场是利用了电流的磁效应，所以也不需要条形磁体，测量线圈两端的电压需要使用多用电表的交流电压挡，不需要直流电压表和直流电流表。故选C、D。
(2)变压器铁芯的结构和材料是绝缘的硅钢片叠成，故选C。
(3)操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，则可能导致漏磁，使得输出电压偏小，则有U1n1>U2n2，可能正确的图线只有c，故选c。原理与器材
实验操作
注意事项
1.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。
2.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。
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。
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。
实验数据:由实验数据分析变压器原、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。
实验结论:原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比。
实验次数
n1/匝
n2/匝
U1/V
U2/V
1
1 400
400
12.0
3.42
2
900
300
12.0
3.96
3
200
100
12.0
5.92
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
A线圈电压
B线圈电压
C线圈电压
8.0 V
3.8 V
0.2 V