实验探究课十五 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
原理与装置图 实验操作 注意事项
(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。 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，重复上述步骤。 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。
数据 处理 1．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。 2．实验结论：原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比。
误差 分析 1．由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等，造成误差使U2略小于U1。 2．原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差使U2略小于U1。 3．铁芯中有磁损耗，在交变磁场的作用下产生涡流，造成误差使U2略小于U1。 4．多用电表的读数存在偶然误差。
教材原型实验
[典例1] 某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。
A．干电池组 B．学生电源
C．多用电表 D．直流电压表
E．滑动电阻器 F．条形磁铁
G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
(2)下列说法正确的是________(选填字母代号)。
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．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是： ___________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V
1 1 600 400 12.1 2.90
2 800 400 10.2 4.95
3 400 200 11.9 5.92
[听课记录]
[典例2] 某物理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：
实验 序号 原线圈匝数n1＝400 原线圈两端电压U1(V) 副线圈匝数n2＝200 副线圈两端电压U2(V) 副线圈匝数n3＝1 400 副线圈两端电压U3(V)
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.1
请回答下列问题：
(1)在图乙中，应将A、B分别与________(选填“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，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压________(填正确答案标号)。
A．一定小于4.0 V
B．一定等于4.0 V
C．一定大于4.0 V
[听课记录]
拓展创新实验
[典例3] 功放内部的变压器一般为环状，简称环牛。某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系(环牛效率极高，可看成理想变压器，其示意图如图所示)。
(1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n1、n2的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕n＝70匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为U＝24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表2连接在次级线圈(右侧)上，若理想交流电压表1的示数U1＝3.0 V，理想交流电压表2的示数U2＝12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝________。
(2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u＝220sin 100πt (V)的电压，则连接在次级线圈(右侧)上的理想交流电压表2的示数为________ V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，实验中测得的原、副线圈的电压比________(选填“大于”“等于”或“小于”)原、副线圈的匝数比。
(4)(多选)导致实验误差的主要原因可能是________。
A．变压器的铁芯漏磁
B．原线圈所加电压小
C．变压器的铁芯产生涡流
[听课记录]
(1)实验原理的创新：设计多个副线圈，多重验证。
(2)实验器材的创新：利用功放中环牛的高效率，探究理想变压器的变压比。
[典例4] (2023·重庆卷)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。如图1为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器RP的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电)。
(1)闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数________(选填 “变大”“不变”或“变小”)。
(2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2 500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图2所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为________(保留3位有效数字)。
(3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1 000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如图3所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图3可知，当频率为1 000 Hz时，R0两端的电压为________ mV；当频率为50 Hz时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为______ Ω的电阻串联。(均保留3位有效数字)
[听课记录]
本题的创新点体现在实验目的上，以研究某变压器的交流电频率对输出电压的影响，替代探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
实验探究课十五 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
实验类型全突破
类型1
典例1 解析：(1)实验中，必须要有学生电源提供交流电，B需要；学生电源本身可以调节电压，不需要使用滑动变阻器，需要用多用电表测量电压，C需要；本实验不需要条形磁铁，用可拆变压器来进行实验，G需要。综上所述，需要的实验器材为B、C、G。
(2)为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，铁芯起到传递磁场能的作用，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。
(3)通过数据计算可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝。
答案：(1)BCG (2)BC (3)在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝
典例2 解析：(1)在探究变压器线圈两端电压与匝数的关系的实验中，原线圈两端应接入交变电流，故应将A、B分别与c、d连接。
(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原、副线圈的匝数之比。
(3)若把题图丙中的可移动铁芯取走，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4.0 V，故选A。
答案：(1)c、d (2)原、副线圈的匝数之比 (3)A
类型2
典例3 解析：(1)根据理想变压器变压规律得＝＝
解得n1＝560，n2＝280。
(2)初级线圈所接交流电压的有效值
U＝＝220 V
根据理想变压器变压规律得＝
解得U2＝110 V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，导致副线圈电压实际值比理论值小，故实验中测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比，即不是理想变压器。
(4)变压器的铁芯漏磁，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故A正确；原线圈所加电压小不是导致实验误差的主要原因，故B错误；变压器的铁芯产生涡流，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故C正确。故选AC。
答案：(1)280 (2)110 (3)大于 (4)AC
典例4 解析：(1)滑动变阻器RP是分压式接法，闭合S1，滑片P向右滑动后，线圈L1两端的电压增大，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压与滑动前相比，电表的示数变大。
(2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为U1＝2 500 mV。由u-t图像可得，线圈L2两端的电压为U2＝＝ mV，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为＝≈12.6。
(3)由题图3可知，当频率为1 000 Hz时，R0＝20 Ω对应的电压为270 mV；当频率为 50 Hz 时，要保证R0两端电压不变，即通过R0的电流不变，可以在题图3上作出电流为13.5 mA的图线，如图所示，该图线与50 Hz的U R图线的交点横坐标为32.0 Ω，即为R0与其串联电阻的总阻值，故串联电阻的阻值为12.0 Ω。
答案：(1)变大 (2)12.6 (3)270 12.0
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第十二章 交变电流 电磁波 传感器
实验探究课十五 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
原理与装置图
(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。
实验储备·一览清
实验操作
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，重复上述步骤。
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。
数据 处理 1．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。
2．实验结论：原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比。
误差 分析 1．由于漏磁，通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等，造成误差使U2略小于U1。
2．原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)，造成误差使U2略小于U1。
3．铁芯中有磁损耗，在交变磁场的作用下产生涡流，造成误差使U2略小于U1。
4．多用电表的读数存在偶然误差。
实验类型·全突破
类型1 教材原型实验
[典例1] 某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)下列实验器材必须要用的有________(选填字母代号)。
A．干电池组 B．学生电源
C．多用电表 D．直流电压表
E．滑动电阻器 F．条形磁铁
G．可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)
BCG
(2)下列说法正确的是________(选填字母代号)。
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．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
BC
(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是： _______________________________________________________________________________________。
实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V
1 1 600 400 12.1 2.90
2 800 400 10.2 4.95
3 400 200 11.9 5.92
在误差允许的范围内，原、副线
圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝
[解析] (1)实验中，必须要有学生电源提供交流电，B需要；学生电源本身可以调节电压，不需要使用滑动变阻器，需要用多用电表测量电压，C需要；本实验不需要条形磁铁，用可拆变压器来进行实验，G需要。综上所述，需要的实验器材为B、C、G。
(2)为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，铁芯起到传递磁场能的作用，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。
(3)通过数据计算可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝。
[典例2] 某物理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：
实验 序号 原线圈匝数n1＝400 原线圈两端电压U1(V) 副线圈匝数n2＝200 副线圈两端电压U2(V) 副线圈匝数n3＝1 400
副线圈两端电压U3(V)
1 5.8 2.9 20.3
2 8.0 4.0 28.0
3 12.6 6.2 44.1
请回答下列问题：
(1)在图乙中，应将A、B分别与________(选填“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______________________。
c、d
原、副线圈的匝数之比
(3)在实验序号为2的测量中，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压________(填正确答案标号)。
A．一定小于4.0 V
B．一定等于4.0 V
C．一定大于4.0 V
A
[解析] (1)在探究变压器线圈两端电压与匝数的关系的实验中，原线圈两端应接入交变电流，故应将A、B分别与c、d连接。
(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原、副线圈的匝数之比。
(3)若把题图丙中的可移动铁芯取走，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4.0 V，故选A。
类型2 拓展创新实验
[典例3] 功放内部的变压器一般为环状，简称环牛。某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系(环牛效率极高，可看成理想变压器，其示意图如图所示)。
(1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n1、n2的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕n＝70匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为U＝24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表2连接在次级线圈(右侧)上，若理想交流电压表1的示数U1＝3.0 V，理想交流电压表2的示数U2＝12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝________。
280
(2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u＝220sin 100πt (V)的电压，则连接在次级线圈(右侧)上的理想交流电压表2的示数为________ V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，实验中测得的原、副线圈的电压比________(选填“大于”“等于”或“小于”)原、副线圈的匝数比。
110
大于
(4)(多选)导致实验误差的主要原因可能是________。
A．变压器的铁芯漏磁
B．原线圈所加电压小
C．变压器的铁芯产生涡流
AC
[解析] (1)根据理想变压器变压规律得＝，＝
解得n1＝560，n2＝280。
(2)初级线圈所接交流电压的有效值
U＝＝220 V
根据理想变压器变压规律得＝
解得U2＝110 V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，导致副线圈电压实际值比理论值小，故实验中测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比，即不是理想变压器。
(4)变压器的铁芯漏磁，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故A正确；原线圈所加电压小不是导致实验误差的主要原因，故B错误；变压器的铁芯产生涡流，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故C正确。故选AC。
创新点解读 (1)实验原理的创新：设计多个副线圈，多重验证。
(2)实验器材的创新：利用功放中环牛的高效率，探究理想变压器的变压比。
[典例4] (2023·重庆卷)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。如图1为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器RP的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电
源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电)。
(1)闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数________(选填 “变大”“不变”或“变小”)。
变大
(2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2 500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图2所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为________(保留3位有效数字)。
12.6
(3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1 000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如图3所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图3可知，当频率为
1 000 Hz时，R0两端的电压为________ mV；当频率为50 Hz时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为______ Ω的电阻串联。(均保留3位有效数字)
270
12.0
[解析] (1)滑动变阻器RP是分压式接法，闭合S1，滑片P向右滑动后，线圈L1两端的电压增大，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压与滑动前相比，电表的示数变大。
(2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为U1＝2 500 mV。由u-t图像可得，线圈L2两端的电压为U2＝＝ mV，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为＝≈12.6。
(3)由题图3可知，当频率为1 000 Hz时，R0＝20 Ω对应的电压为
270 mV；当频率为50 Hz时，要保证R0两端电压不变，即通过R0的电流不变，可以在题图3上作出电流为13.5 mA的图线，如图所示，该图线与50 Hz的U-R图线的交点横坐标为32.0 Ω，即为R0与其串联电阻的总阻值，故串联电阻的阻值为12.0 Ω。
创新点解读 本题的创新点体现在实验目的上，以研究某变压器的交流电频率对输出电压的影响，替代探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
实验对点训练(十五)
1．在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。
(1)(多选)实验还需下列器材中的________；
A．电流表
B．多用电表
C．低压交流电源
题号
1
3
5
2
4
6
BC
(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V时，则所接电源电压挡位可能为________。
A．18.0 V B．10.0 V
C．5.0 V D．2.5 V
题号
1
3
5
2
4
6
A
[解析] (1)实验中，变压器的原线圈应接在低压交流电源上；为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要用多用电表测交流电压。故选BC。
(2)理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为＝；若变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，则原、副线圈匝数比为＝2，则原线圈两端电压U1＝U2＝10 V；本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5 V，则原线圈电压必须大于10 V，故选A。
题号
1
3
5
2
4
6
2．(1)(多选)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________。
题号
1
3
5
2
4
6
A B C D
AC
(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________。
题号
1
3
5
2
4
6
实验次数 1 2 3 4
U1/V 0.90 1.40 1.90 2.40
U2/V 2.00 3.01 4.02 5.02
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
B
[解析] (1)该实验要用低压交流电源和多用电表，所以不需要干电池和滑动变阻器。故选AC。
(2)已知N1＝400匝和N2＝800匝，表格中每组数据都可以看出电压之比<＝，由此可知此变压器不是理想变压器，原因是漏磁，从而导致副线圈测量电压小于理论值，故N2一定是原线圈，N1一定是副线圈，故选B。
题号
1
3
5
2
4
6
3．(2024·广东汕头二模)某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
题号
1
3
5
2
4
6
(1)该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法________；
A．直流接法 B．交流接法
(2)实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数________(选填“变大”“变小”或“不变”)；
题号
1
3
5
2
4
6
B
变大
(3)在正确组装变压器后，甲、乙、丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈电压U1、原线圈的匝数n1、副线圈的匝数n2的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，则__________(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的实验结果有误；
题号
1
3
5
2
4
6
乙
(4)(多选)小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数nA＝200匝的线圈A作为原线圈，厂家标注匝数nB＝100匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压U1，测得对应的输出电压U2，得到实验数据如表所示；分析下列可能的原因，你认为正确的有________。
题号
1
3
5
2
4
6
实验次数 nA/匝 nB/匝 U1/V U2/V
1 200 100 8.2 4.0
2 200 100 6.1 2.9
3 200 100 4.0 1.9
BC
A．原、副线圈的电压的频率不相等
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．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量
题号
1
3
5
2
4
6
[解析] (1)A为直流接法，B为交流接法，而要探究变压器的原理则必须使用交流电源，只有变化的电流才能产生变化的磁场。故选B。
(2)将线圈直接接入交流电源，则线圈中就会产生周期性变化的磁场，而将另一接了电压表的线圈逐渐靠近接入电源中的线圈时，接了电压表的线圈中的磁通量就会发生变化，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝nS可知，越靠近通电线圈，接了电压表的线圈所处的磁场就越强，产生的感应电动势就越大，因此可知电压表的读数将变大。
题号
1
3
5
2
4
6
(3)根据变压器原、副线圈匝数与电压的关系＝可得U2＝，则可知在原、副线圈匝数比一定的情况下，副线圈中的电压与原线圈中的电压成正比，图像为过原点的倾斜直线；而当原线圈的匝数以及原线圈中的电压一定时，副线圈中的电压与副线圈的匝数成正比，图像为过原点的一条倾斜直线；若原线圈中的电压与副线圈的匝数一定时，副线圈中的电压与原线圈的匝数成反比，即副线圈中的电压与原线圈匝数倒数的图像为一条过原点的倾斜直线，因此实验结果有误的为乙。故选乙。
题号
1
3
5
2
4
6
(4)由题表中数据可知，原、副线圈的匝数比小于原、副线圈中的电压之比，即有电能的损失。变压器不会改变电压的频率，故A错误；根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，线圈多为铜线绕制，俗称铜损，故B正确；铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故C正确；因为铁芯对磁场的约束不严密，有“漏磁”，因此穿过副线圈的磁通量一定小于原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D错误。
题号
1
3
5
2
4
6
4．有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示。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”电阻挡先后测量了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。
题号
1
3
5
2
4
6
24
A
题号
1
3
5
2
4
6
(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)。
题号
1
3
5
2
4
6
绕制
n
[解析] (1)多用电表电阻挡读数＝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，横截面积和电阻率相同时，导线越长，电阻越大，因为A的电阻比B的大，所以A线圈的匝数多。
(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。
④根据变压器电压比等于匝数比，有＝，所以nA＝n。
题号
1
3
5
2
4
6
5．(2024·北京朝阳区质检)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。
题号
1
3
5
2
4
6
实验序号 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1/V 副线圈电压U2/V
1 400 200 4.22 2.10
2 400 800 4.22 8.36
3 400 1 600 4.22 16.83
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)中第2组数据对应的原、副线圈中的副线圈给一标有“3.8 V 0.3 A”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3.00 V，并不是8.36 V，其原因主要是________________________________________。
题号
1
3
5
2
4
6
变压器原、
副线圈的电压比等于匝数比
副线圈有电阻，分得了一部分电压
(3)(多选)可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成的。如图甲所示，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________。
题号
1
3
5
2
4
6
BC
题号
1
3
5
2
4
6
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
题号
1
3
5
2
4
6
(4)如图乙所示的电路中，电压为U0的交流电源通过阻值为R0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n1、n2。若保持U0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___________(用n1、n2和R0表示)时，可变
电阻R的功率最大。
减小
R0
[解析] (1)根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。
(2)副线圈有电阻，会分得一定电压，导致副线圈输出电压即小灯泡两端电压小于开路电压。
题号
1
3
5
2
4
6
(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，产生的感应电动势增大，小灯泡变亮。变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计可以减小涡流，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，故第一次实验中小灯泡更亮些，A错误，B正确；无论用普通铁块还是用铁芯横条，副线圈中都是交变电流，流经小灯泡的电流均为交变电流，C正确。
题号
1
3
5
2
4
6
(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，由变压器变流公式＝可知，流经原线圈的电流I1减小；把变压器和R等效为一个电阻R′，R0当作电源内阻，则输出功率P＝R′＝，当内、外电阻R0和R′相等时，输出功率最大，根据＝，得＝，代入＝，解得R＝R′＝R0。
题号
1
3
5
2
4
6
6．某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的________值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图所示，
其对应的选择开关指在交流电压10 V
挡，则此时电表读数为________。
题号
1
3
5
2
4
6
有效
4.8 V
(2)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800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________。
题号
1
3
5
2
4
6
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制
B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制
C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制
D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制
C
(3)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为铁芯横档的硅钢片应按照下列哪种方法设计________。
题号
1
3
5
2
4
6
A B C D
D
[解析] (1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的有效值；多用电表所选择挡位为交流电压10 V挡，由题图可知，此时电表读数为4.8 V。
(2)由表格数据可知，略大于，考虑到实验中所用变压器并非理想变压器，即存在能量损失，使得原、副线圈电压之比略大于匝数比，所以原线圈的匝数为nb，副线圈的匝数为na；而副线圈两端电压较小，则电流较大，所以副线圈所用导线应较粗，故A、B、D错误，C正确。
题号
1
3
5
2
4
6
(3)由于变压器工作时在铁芯中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯中不产生较大的涡流。画出铁芯横档如图所示，根据磁场的分布规律可知，变压器铁芯中磁感线均平行于平面adhe，产生的涡流所在平面均垂直于平面adhe，则要减小涡流，又不影响铁芯中磁场分布，硅钢片应平行于平面abfe或adhe，又因为硅钢片很重，且粘合成块，若平行于平面abfe，则易变形，故硅钢片只能平行于平面adhe放置，故选D。
题号
1
3
5
2
4
6
谢 谢 ！实验对点训练(十五)
1．在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。
(1)(多选)实验还需下列器材中的________；
A．电流表
B．多用电表
C．低压交流电源
(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V时，则所接电源电压挡位可能为________。
A．18.0 V B．10.0 V
C．5.0 V D．2.5 V
2．(1)(多选)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________。
A B C D
(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________。
实验次数 1 2 3 4
U1/V 0.90 1.40 1.90 2.40
U2/V 2.00 3.01 4.02 5.02
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
3．(2024·广东汕头二模)某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
(1)该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法________；
A．直流接法 B．交流接法
(2)实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数________(选填“变大”“变小”或“不变”)；
(3)在正确组装变压器后，甲、乙、丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈电压U1、原线圈的匝数n1、副线圈的匝数n2的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，则__________(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的实验结果有误；
(4)(多选)小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数nA＝200匝的线圈A作为原线圈，厂家标注匝数nB＝100匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压U1，测得对应的输出电压U2，得到实验数据如表所示；分析下列可能的原因，你认为正确的有________。
实验次数 nA/匝 nB/匝 U1/V U2/V
1 200 100 8.2 4.0
2 200 100 6.1 2.9
3 200 100 4.0 1.9
A．原、副线圈的电压的频率不相等
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．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量
4．有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示。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”电阻挡先后测量了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)。
5．(2024·北京朝阳区质检)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。
实验 序号 原线圈 匝数n1 副线圈 匝数n2 原线圈 电压U1/V 副线圈 电压U2/V
1 400 200 4.22 2.10
2 400 800 4.22 8.36
3 400 1 600 4.22 16.83
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)中第2组数据对应的原、副线圈中的副线圈给一标有“3.8 V 0.3 A”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3.00 V，并不是8.36 V，其原因主要是___________________________。
(3)(多选)可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成的。如图甲所示，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)如图乙所示的电路中，电压为U0的交流电源通过阻值为R0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n1、n2。若保持U0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________(用n1、n2和R0表示)时，可变电阻R的功率最大。
6．某实验小组用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的________值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图所示，其对应的选择开关指在交流电压10 V挡，则此时电表读数为________。
(2)某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800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________。
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
A．原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制
B．副线圈的匝数为na，用较细导线绕制
C．原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制
D．副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制
(3)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为铁芯横档的硅钢片应按照下列哪种方法设计________。
A B C D
实验对点训练(十五)
1．解析：(1)实验中，变压器的原线圈应接在低压交流电源上；为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要用多用电表测交流电压。故选BC。
(2)理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为＝；若变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，则原、副线圈匝数比为＝2，则原线圈两端电压U1＝U2＝10 V；本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5 V，则原线圈电压必须大于10 V，故选A。
答案：(1)BC (2)A
2．解析：(1)该实验要用低压交流电源和多用电表，所以不需要干电池和滑动变阻器。故选AC。
(2)已知N1＝400匝和N2＝800匝，表格中每组数据都可以看出电压之比<＝，由此可知此变压器不是理想变压器，原因是漏磁，从而导致副线圈测量电压小于理论值，故N2一定是原线圈，N1一定是副线圈，故选B。
答案：(1)AC (2)B
3．解析：(1)A为直流接法，B为交流接法，而要探究变压器的原理则必须使用交流电源，只有变化的电流才能产生变化的磁场。故选B。
(2)将线圈直接接入交流电源，则线圈中就会产生周期性变化的磁场，而将另一接了电压表的线圈逐渐靠近接入电源中的线圈时，接了电压表的线圈中的磁通量就会发生变化，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝nS可知，越靠近通电线圈，接了电压表的线圈所处的磁场就越强，产生的感应电动势就越大，因此可知电压表的读数将变大。
(3)根据变压器原、副线圈匝数与电压的关系＝可得U2＝，则可知在原、副线圈匝数比一定的情况下，副线圈中的电压与原线圈中的电压成正比，图像为过原点的倾斜直线；而当原线圈的匝数以及原线圈中的电压一定时，副线圈中的电压与副线圈的匝数成正比，图像为过原点的一条倾斜直线；若原线圈中的电压与副线圈的匝数一定时，副线圈中的电压与原线圈的匝数成反比，即副线圈中的电压与原线圈匝数倒数的图像为一条过原点的倾斜直线，因此实验结果有误的为乙。故选乙。
(4)由题表中数据可知，原、副线圈的匝数比小于原、副线圈中的电压之比，即有电能的损失。变压器不会改变电压的频率，故A错误；根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，线圈多为铜线绕制，俗称铜损，故B正确；铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故C正确；因为铁芯对磁场的约束不严密，有“漏磁”，因此穿过副线圈的磁通量一定小于原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D错误。
答案：(1)B (2)变大 (3)乙 (4)BC
4．解析：(1)多用电表电阻挡读数＝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，横截面积和电阻率相同时，导线越长，电阻越大，因为A的电阻比B的大，所以A线圈的匝数多。
(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。
④根据变压器电压比等于匝数比，有＝，所以nA＝n。
答案：(1)24 A (2)③绕制 ④n
5．解析：(1)根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。
(2)副线圈有电阻，会分得一定电压，导致副线圈输出电压即小灯泡两端电压小于开路电压。
(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，产生的感应电动势增大，小灯泡变亮。变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计可以减小涡流，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，故第一次实验中小灯泡更亮些，A错误，B正确；无论用普通铁块还是用铁芯横条，副线圈中都是交变电流，流经小灯泡的电流均为交变电流，C正确。
(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，由变压器变流公式＝可知，流经原线圈的电流I1减小；把变压器和R等效为一个电阻R′，R0当作电源内阻，则输出功率P＝R′＝，当内、外电阻R0和R′相等时，输出功率最大，根据＝，得＝，代入＝，解得R＝R′＝R0。
答案：(1)变压器原、副线圈的电压比等于匝数比 (2)副线圈有电阻，分得了一部分电压 (3)BC (4)减小 R0
6．解析：(1)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的有效值；多用电表所选择挡位为交流电压10 V挡，由题图可知，此时电表读数为4.8 V。
(2)由表格数据可知，略大于，考虑到实验中所用变压器并非理想变压器，即存在能量损失，使得原、副线圈电压之比略大于匝数比，所以原线圈的匝数为nb，副线圈的匝数为na；而副线圈两端电压较小，则电流较大，所以副线圈所用导线应较粗，故A、B、D错误，C正确。
(3)由于变压器工作时在铁芯中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯中不产生较大的涡流。画出铁芯横档如图所示，根据磁场的分布规律可知，变压器铁芯中磁感线均平行于平面adhe，产生的涡流所在平面均垂直于平面adhe，则要减小涡流，又不影响铁芯中磁场分布，硅钢片应平行于平面abfe或adhe，又因为硅钢片很重，且粘合成块，若平行于平面abfe，则易变形，故硅钢片只能平行于平面adhe放置，故选D。
答案：(1)有效 4.8 V (2)C (3)D
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