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实验抢分专练(十四) 探究变压器原副线圈电压与匝数的关系
(40分钟 30分)
1.(6分)(2023·滨州模拟)某同学做“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。
(1)在实验过程中,下列操作正确的是________。
A.为保证人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过36 V
B.为保证多用电表的安全,应使用交流电压挡测电压,并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
C.实验结束后应先断开开关,再拆除多用电表,以免烧坏电表
D.此实验中的电源可以用电动自行车上的蓄电池代替
(2)如图甲,当把8 V的交变电压接在原线圈“0”和“16”两个接线柱之间,那么接“0”和“4”的
副线圈的输出电压可能是________。
A.2.8 V B.2.4 V C.2.2 V D.1.8 V
【加固训练】
(2023·重庆模拟)物理课上,同学们用可拆变压器探究“变压器原、副线圈两端的电压与
匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。(1)下列说法正确的有________。
A.为确保实验安全,实验中要求交流电压不高于36 V
B.变压器原线圈接低压交流电时,可以用多用电表的“直流电压挡”测量副线圈电压
C.研究副线圈匝数对副线圈电压的影响时,需保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数
(2)变压器铁芯是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________。
A.减小涡流,提高变压器的效率
B.增大涡流,提高变压器的效率
C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量
2.(8分)(2023·池州模拟)某学习小组同学利用可拆变压器“探究变压器原、副线圈两端的电压
与匝数的关系”,实验装置如图甲所示。(1)该学习小组同学将电压u =60cos100πt(V)的交流电源与原线圈相连,将副线圈接在电压传感
1
器(可视为理想电压表)上,观察到副线圈电压u 随时间t变化的图像可能是图中的________(选
2
填选项字母);若原线圈接入电路的匝数为200,则副线圈接入电路的匝数为________。
(2)如图乙所示,原线圈接交流电源,副线圈接入小灯泡。第一次将铁芯装好并用螺丝进行加固,
第二次未装铁芯。两次原线圈和副线圈接入电路的匝数相同,交流电源的电压也相同,则
____________( 选 填 “ 第 一 次 ” 或 “ 第 二 次 ” ) 小 灯 泡 更 亮 , 判 断 的 依 据 是
____________________________________。
3.(8分)(2023·菏泽模拟)某班物理实验课上,同学们用可拆变压器探究“变压器原、副线圈两
端的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。(1)实验中可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电
压的影响。
(2)测量副线圈电压时应当用多用电表的“________(选填“直流”或“交流”)电压挡”,先用
________(选填“最大”或“最小”)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。
(3)若变压器原、副线圈匝数分别选择n = 800匝,n = 400匝,原线圈与10 V正弦式交流电源相
1 2
连,用理想电压表测得输出电压 U =3 V,输出电压测量值明显小于理论值,可能的原因是
2
________。
A.原线圈匝数n 少于800匝
1
B.副线圈匝数n 多于400匝
2
C.副线圈阻值较大
D.铁芯B没有安装在铁芯A上
(4)在解决(3)中问题后,该同学多次改变副线圈匝数进行实验,记录多组副线圈输出电压U 和对
2
应副线圈匝数 n ,作出了 U -n 图像如图丙所示。实验时原线圈中磁通量的变化率为
2 2 2____________。
4.(8分)(2023·苏州模拟)物理实验课上,某班同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈两端
电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示,图中各接线柱对应的数字表示倍率为
“×100”的匝数。
(1)以下给出的器材中,本实验需要用到的是__________(填字母);
(2)某同学用同种规格的导线绕制成a、b两个线圈,并用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了
a、b两个线圈的电阻值,指针分别对应图丙中的位置,由此可判断________线圈匝数多;
(3)在具体操作过程中,下列说法中正确的为________。
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.测量副线圈电压时,先用最大量程挡试测,大致确定后再选用适当的挡位
C.研究副线圈匝数对副线圈电压的影响时,需保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数
D.实验中,必须在副线圈上接上用电器以形成闭合回路
(4)在实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间,用电表测得副线圈的“0”和
“4”两个接线柱之间的电压如图丁所示,则该电压值为__________。
(5)某同学发现通电后,使很大的劲都不能把变压器铁芯 B取出,断电后,就可以轻松取出,这是
为什么?请简单描述其原因_______________________________。
【加固训练】
1.某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器原、副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________(选填“A”或“B”);
(2)实验开始前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、丙三名同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压 U 与原
2
线圈电压U 、原线圈的匝数n 、副线圈的匝数n 的关系,将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅
1 1 2
图像,哪个同学的实验结果有误________(选填“甲”“乙”或“丙”)。
(4)在某次实验中选择厂家标注匝数n =200匝的线圈A作为原线圈,厂家标注匝数n =100匝的
A B
线圈B作为副线圈,分别接入不同输入电压U ,测得对应的输出电压U ,得到实验数据如表所
1 2
示。分析下列可能的原因,你认为正确的有________。
实验次数 n /匝 n /匝 U /V U /V
A B 1 2
1 200 100 8.2 4.0
2 200 100 6.1 2.9
3 200 100 4.0 1.9A.原、副线圈电压的频率不相等
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
2.功放(图甲)内部的变压器一般为环状,简称环牛,如图乙所示。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)。
(1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n 、n 的方法是:先在闭合铁芯上紧密缠绕n=70匝
1 2
漆包细铜线,并将理想交流电压表V 接在细铜线两端;然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为
1
24.0 V的低压交流电,再将理想交流电压表V 连接在次级线圈(右侧)上。若理想交流电压表
2
V 的示数为3.0 V,理想交流电压表V 的示数为12.0 V,则次级线圈的匝数n =________;
1 2 2
(2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u=220√2sin100πt(V)的电压,则连接在次级线圈(右
侧)上理想交流电压表V 的示数为________V;
2
(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 n 。
1
n
2
(4)导致实验误差的原因可能是________。
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
解析版
1.(6分)(2023·滨州模拟)某同学做“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。
(1)在实验过程中,下列操作正确的是________。
A.为保证人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过36 V
B.为保证多用电表的安全,应使用交流电压挡测电压,并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
C.实验结束后应先断开开关,再拆除多用电表,以免烧坏电表
D.此实验中的电源可以用电动自行车上的蓄电池代替
(2)如图甲,当把8 V的交变电压接在原线圈“0”和“16”两个接线柱之间,那么接“0”和“4”的副线圈的输出电压可能是________。
A.2.8 V B.2.4 V C.2.2 V D.1.8 V
【解析】(1)变压器改变的是交流电压,因此为了人身安全,原线圈只能使用低压交流电源,所用
交流电压不超过12 V,选项A错误;为保证多用电表的安全,应使用交流电压挡测电压,并先用
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,选项B正确;实验结束后应
先移除多用电表再断开开关,否则在先断开开关时,线圈的自感产生大的感应电动势会烧坏电
表,选项C错误;此实验必须用交流电,通过交流电周期性的变化使通过副线圈的磁场周期性变
化,从而在副线圈中产生感应电流,利用的是互感原理,而电动自行车上的蓄电池是直流电源,因
此不可以用电动自行车上的蓄电池代替实验所用电源,选项D错误。
(2)根据变压器的原理可知,理想变压器原、副线圈匝数之比等于电压之比,即 n =U =16=4,可
1 1
n U 4 1
2 2
U
得U = 1=2 V,但考虑到实验过程中的实验误差,变压器不是理想变压器,存在“磁损”,即“漏
2
4
磁”,因此可知U <2 V,故选D。
2
答案:(1)B (2)D
【加固训练】
(2023·重庆模拟)物理课上,同学们用可拆变压器探究“变压器原、副线圈两端的电压与
匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。(1)下列说法正确的有________。
A.为确保实验安全,实验中要求交流电压不高于36 V
B.变压器原线圈接低压交流电时,可以用多用电表的“直流电压挡”测量副线圈电压
C.研究副线圈匝数对副线圈电压的影响时,需保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数
(2)变压器铁芯是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________。
A.减小涡流,提高变压器的效率
B.增大涡流,提高变压器的效率
C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量
【解析】(1)为确保实验安全,实验中要求交流电压不高于12 V,选项A错误;变压器原线圈接低
压交流电时,可以用多用电表的“交流电压挡”测量副线圈电压,选项B错误;研究副线圈匝数
对副线圈电压的影响时,需保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,选项C正确。
(2)变压器只能变交流,不能变直流,变压器的铁芯,在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电
流的现象称为涡流现象,要损耗能量,不用整块的硅钢铁芯,其目的是增大电阻,从而减小涡流,减小发热量,提高变压器的效率,故选A。
答案:(1)C (2) A
2.(8分)(2023·池州模拟)某学习小组同学利用可拆变压器“探究变压器原、副线圈两端的电压
与匝数的关系”,实验装置如图甲所示。
(1)该学习小组同学将电压u =60cos100πt(V)的交流电源与原线圈相连,将副线圈接在电压传感
1
器(可视为理想电压表)上,观察到副线圈电压u 随时间t变化的图像可能是图中的________(选
2
填选项字母);若原线圈接入电路的匝数为200,则副线圈接入电路的匝数为________。(2)如图乙所示,原线圈接交流电源,副线圈接入小灯泡。第一次将铁芯装好并用螺丝进行加固,
第二次未装铁芯。两次原线圈和副线圈接入电路的匝数相同,交流电源的电压也相同,则
____________( 选 填 “ 第 一 次 ” 或 “ 第 二 次 ” ) 小 灯 泡 更 亮 , 判 断 的 依 据 是
____________________________________。
【解析】(1)变压器不改变交变电流的周期和频率,原线圈电压周期为0.02 s,则副线圈周期也
为0.02 s,所以副线圈电压u 随时间t变化的图像可能是图中的C;由 U =U 可知,n =2,副线圈
2 1 2 1
n n n 1
1 2 2
接入电路的匝数为100。
(2)由于第二次未装铁芯,变压器存在漏磁现象,第二次副线圈两端的电压小于第一次副线圈两
端的电压,所以第一次小灯泡更亮。
答案:(1)C 100 (2)第一次 第二次存在漏磁现象
3.(8分)(2023·菏泽模拟)某班物理实验课上,同学们用可拆变压器探究“变压器原、副线圈两
端的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。
(1)实验中可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响。
(2)测量副线圈电压时应当用多用电表的“________(选填“直流”或“交流”)电压挡”,先用
________(选填“最大”或“最小”)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。
(3)若变压器原、副线圈匝数分别选择n = 800匝,n = 400匝,原线圈与10 V正弦式交流电源相
1 2
连,用理想电压表测得输出电压 U =3 V,输出电压测量值明显小于理论值,可能的原因是
2
________。
A.原线圈匝数n 少于800匝
1
B.副线圈匝数n 多于400匝
2
C.副线圈阻值较大
D.铁芯B没有安装在铁芯A上
(4)在解决(3)中问题后,该同学多次改变副线圈匝数进行实验,记录多组副线圈输出电压U 和对
2
应副线圈匝数 n ,作出了 U -n 图像如图丙所示。实验时原线圈中磁通量的变化率为
2 2 2
____________。
【解析】(2)变压器是对交流电变压,因此副线圈输出的是交流电压,测量副线圈电压时应当用
多用电表的交流电压挡。测量副线圈电压时应当先用最大量程挡试测,避免用最小量程挡测量损坏交流电压表。(3)若原线圈匝数n 少于800匝,或副线圈匝数n 多于400匝,由变压器原、
1 2
副线圈的电压与匝数的关系,可知副线圈输出电压都应增大,不会减小,选项A、B错误;因用理
想电压表测得输出电压,变压器原、副线圈中不会有电流产生,原、副线圈的直流电阻上没有
电压降低,即副线圈输出电压与副线圈阻值无关,选项C错误;若铁芯B没有安装在铁芯A上,则
构不成闭合磁路,使变压器产生严重的漏磁,穿过副线圈的磁通量减小,副线圈输出电压变小,选
项D正确。
ΔΦ ΔΦ
(4)对副线圈,由电磁感应定律U = n 可知,U -n 图像的斜率即为磁通量的变化率,可得 =
2 2 2 2
Δt Δt
ΔU
。
Δn
ΔU
答案:(2)交流 最大 (3)D (4)
Δn
4.(8分)(2023·苏州模拟)物理实验课上,某班同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈两端
电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示,图中各接线柱对应的数字表示倍率为
“×100”的匝数。(1)以下给出的器材中,本实验需要用到的是__________(填字母);
(2)某同学用同种规格的导线绕制成a、b两个线圈,并用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了
a、b两个线圈的电阻值,指针分别对应图丙中的位置,由此可判断________线圈匝数多;
(3)在具体操作过程中,下列说法中正确的为________。
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.测量副线圈电压时,先用最大量程挡试测,大致确定后再选用适当的挡位
C.研究副线圈匝数对副线圈电压的影响时,需保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈的匝数
D.实验中,必须在副线圈上接上用电器以形成闭合回路
(4)在实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间,用电表测得副线圈的“0”和
“4”两个接线柱之间的电压如图丁所示,则该电压值为__________。(5)某同学发现通电后,使很大的劲都不能把变压器铁芯 B取出,断电后,就可以轻松取出,这是
为什么?请简单描述其原因_______________________________。
【解析】(1)实验中需要用学生电源的交流输出端,不需要滑动变阻器、小灯泡以及直流电压
表,故选B。(2)由图丙可知,a线圈电阻较大,根据电阻定律可知a线圈匝数多;(3)为确保实验安
全,实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数,选项A错误;测量副线圈电压时,先用最大量程挡试
测,大致确定后再选用适当的挡位,选项B正确;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,选项C正确;实验中,不需要在副线圈上接上
用电器以形成闭合回路,副线圈也能产生感应电动势,选项D错误。(4)由图丁可知,该电压值为
6.3 V;(5)使很大的劲都不能把变压器铁芯B取出,断电后,就可以轻松取出,是因为电磁感应现
象,通电后,铁芯B就相当于一个电磁铁,除了受自身的重力外,还受到很大的磁场力作用。
答案:(1)B (2)a (3)B、C (4)6.3 V(6.2~6.4 V均可) (5)电磁感应现象,通电后,铁芯B就相当
于一个电磁铁,除了受自身的重力外,还受到很大的磁场力作用
【加固训练】
1.某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器原、副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________(选填“A”或
“B”);
(2)实验开始前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、丙三名同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压 U 与原
2
线圈电压U 、原线圈的匝数n 、副线圈的匝数n 的关系,将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅
1 1 2
图像,哪个同学的实验结果有误________(选填“甲”“乙”或“丙”)。
(4)在某次实验中选择厂家标注匝数n =200匝的线圈A作为原线圈,厂家标注匝数n =100匝的
A B线圈B作为副线圈,分别接入不同输入电压U ,测得对应的输出电压U ,得到实验数据如表所
1 2
示。分析下列可能的原因,你认为正确的有________。
实验次数 n /匝 n /匝 U /V U /V
A B 1 2
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
【解析】(1)由图可知,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变电
压,只有变化的电流才能产生变化的磁场,故选B。(2)将线圈直接接入交变电源,则线圈中就会
产生周期性变化的磁场,而将另一个接了电压表的线圈逐渐靠近接入电源中的线圈时,接了电
ΔΦ ΔB
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
Δt Δt
接入电源中的线圈,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 U =n ,可得U =U n ,则可知,在原、副线圈匝数
1 1 2 1 2
U n n
2 2 1
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
果有误的为图乙,故选乙。
(4)由表中数据可知,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,选项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,俗称铜损,选项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,选项C正确;铁芯对磁场的约束不严密,
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,选项D错误。
答案:(1)B (2)变大 (3)乙 (4)B、C
2.功放(图甲)内部的变压器一般为环状,简称环牛,如图乙所示。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)。
(1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n 、n 的方法是:先在闭合铁芯上紧密缠绕n=70匝
1 2漆包细铜线,并将理想交流电压表V 接在细铜线两端;然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为
1
24.0 V的低压交流电,再将理想交流电压表V 连接在次级线圈(右侧)上。若理想交流电压表
2
V 的示数为3.0 V,理想交流电压表V 的示数为12.0 V,则次级线圈的匝数n =________;
1 2 2
(2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u=220√2sin100πt(V)的电压,则连接在次级线圈(右
侧)上理想交流电压表V 的示数为________V;
2
(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 n 。
1
n
2
(4)导致实验误差的原因可能是________。
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
n U n U
【解析】(1)根据理想变压器变压规律得 2= 2, 1= 1,解得n =560,n =280。
1 2
n U n U
(2)初级线圈所接交流电压的有效值为 U '=U =220 V,根据理想变压器变压规律 U ' =n ,解得
1 m 1 1
√2 U ' n
2 2
U '=110 V。
2
(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。(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,选项A正确;原线圈所加电压小,
不会造成副线圈电压实际值比理论值小,选项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,选项C正确。
答案:(1)280 (2) 110 (3) 大于 (4)A、C
