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专题 78 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
利用传感器制作简单的自动控制电路
授课提示：对应学生用书129页
1．某校高二物理兴趣小组为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，把没有用导线相
连的两个线圈套在同一闭合的铁芯上，一个线圈连到学生电源的输出端，另一个线圈连到
小灯泡上，如图所示，请回答下列问题：
(1)线圈应连到学生电源的________(填“直流”或“交流”)输出端；
(2)某同学将与电源相连的线圈匝数增加，其余装置不变继续实验，灯泡亮度将
________(填“变亮”或“变暗”)，这说明灯泡两端的电压________(填“变大”或“变
小”)；
(3)在某次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为120匝和60匝，学生电源输出电压
为8.2 V，考虑到实际使用的变压器不是理想变压器，则用多用电表测得灯泡两端的电压
________(填“大于”“等于”或“小于”)4.1 V．
答案：(1)交流 (2)变暗 变小 (3)小于
解析：(1)变压器的工作基础是线圈之间的互感作用，所以原线圈需要接入交流输出端
从而实现变压．
(2)副线圈两端电压为U ＝U ，将与电源相连的线圈匝数n 增加，其余装置不变，则
2 1 1
U 减小，灯泡亮度将变暗，说明灯泡两端的电压变小．
2
(3)考虑到实际使用的变压器不是理想变压器，即存在功率损失，则原、副线圈两端电
压之比小于匝数比，所以用万用电表测得灯泡两端的电压小于4.1 V.
2．[2024·云南昆明市期中考试]物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器原、
副线圈电压与匝数的关系”．可拆变压器如图甲、乙所示．
(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 V
B．即使副线圈不接用电器，原线圈也不能长时间通电
C．为使接触良好，通电时应用手直接捏紧裸露的接线柱
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)观察变压器的铁芯，它的结构和材料是______．
A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯
C．绝缘的铜片叠成 D．绝缘的硅钢片叠成
(3)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数________(填“多”或
“少”).
(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，原因可能是________．
(填字母代号)
A．原、副线圈上通过电流发热
B．铁芯在交变磁场作用下发热
C．变压器铁芯漏磁
D．原线圈输入电压发生变化
答案：(1)BD (2)D (3)少 (4)ABC
解析：(1)变压器工作需要交流电，因此，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，A错误；即使副线圈不接用电器，原线圈处于空载也有一定的电损，
则原线圈也不能长时间通电，B正确；实验通电时，若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，C错误；使用多用电
表测电压时，为了多用电表的安全，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，
D正确．
(2)观察变压器的铁芯，由于涡流在导体中会产生热量，所以它的结构是绝缘的硅钢片
叠成，D正确．
(3)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据＝，匝数少的电流大，则导线越粗，即
导线粗的线圈匝数少．
(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，A、B正确；变压器铁芯漏磁，从而导致电
压比与匝数比有差别，C正确；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，D
错误．
3．[2023·湖南卷]某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压
力的装置，其电路如图(a)所示，R 、R 、R 为电阻箱，R 为半导体薄膜压力传感器，C、D
1 2 3 F
间连接电压传感器(内阻无穷大).
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测R 的阻值，示数如图(b)所示，对应的读数是________
F
Ω；
(2)适当调节R 、R 、R ，使电压传感器示数为0，此时，R 的阻值为________(用R 、
1 2 3 F 1R、R 表示)；
2 3
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码
重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示：
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点，绘制Um关系图线；
(4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜
压力传感器上施加微小压力F ，电压传感器示数为200 mV，则F 大小是________ N(重力
0 0
加速度取9.8 m/s2，保留两位有效数字)；
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压，在半导体薄膜压力传感器上施
加微小压力F，此时非理想毫伏表读数为200 mV，则F________F(填“>”“＝”或“<”).
1 1 0
答案：(1)1 000 (2)
(3)
(4)1.7×10－2 (5)>
解析：(1)欧姆表读数为10×100 Ω＝1 000 Ω
(2)当电压传感器读数为零时，CD两点电势相等，即U ＝U
CB DB
即R ＝R
F 3
解得R ＝
F
(3)绘出Um图像如图(4)由图像可知，当电压传感器的读数为200 mV时，所放物体质量为1.75 g，则F ＝
0
mg＝1.75×10－3×9.8 N＝1.7×10－2 N
(5)可将CD以外的电路等效为新的电源，CD两点电压看做路端电压，因为换用非理想
电压传感器当读数为200 mV时，实际CD间断路(接理想电压传感器)时的电压大于200
mV，则此时压力传感器的读数F>F.
1 0
4．为节能减排，保护环境，公共场所使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时
满足光线较暗、有活动声音时才打开的工作要求(电源及电流表内阻不计)，其示意图如图
甲所示．
(1)声控开关和光控开关的连接方式为________(填“串联”或“并联”)；
(2)其中光控开关的结构如图乙所示，现用多用电表测量电磁继电器的等效电阻，将多
用电表的选择开关置于“×1”挡，再将红、黑表笔________，调零后，测量的示数如图丁
所示，则电磁继电器的等效电阻为________ Ω.光敏电阻的阻值随照度(照度可以反映光的
强弱，光越强，照度越大，单位为lx)的变化关系如图丙所示，由图丙可知随光照强度的增
加，光敏电阻的阻值________；
(3)已知光控开关的电源电动势为3.0 V，电阻箱的阻值为10 Ω.若设计要求当流过电磁
继电器的电流为0.05 A时，光控开关闭合，则此时的照度约为________lx.为了节约用电，
需要降低光照度值，应该把电阻箱的阻值调________．答案：(1)串联 (2)短接 20 减小 (3)0.6 小
解析：(1)因要同时满足光线较暗、有活动声音时才打开的要求，所以光控和声控开关
必须是串联关系．
(2)多用电表测电阻的步骤是机械调零，选挡位，再欧姆调零，最后测量读数．所以选
挡后应进行欧姆调零，即将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右侧零
刻线上．欧姆表的读数可估读一位或不估读．电磁继电器的等效电阻为20×1＝20 Ω，观
察丙图可知，随光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小．
(3)由闭合电路欧姆定律有I＝，解得R ＝30 Ω，由图丙可知此时照度为0.6 lx；要降
光敏
低光照度值，即要在低照度条件下才打开，光敏电阻阻值变大，要在继电器电流为 0.05 A
时亮灯，由闭合电路欧姆定律可知，需调小电阻箱阻值．
