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　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
教材原型实验
　实验原理与操作
1．实验采用控制变量法
(1)保持原线圈的匝数和电压不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大。
(2)保持副线圈的匝数和原线圈的电压不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小。
2．变压器的原理是互感现象的应用
原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，不能用直流电源；因为需要测量电压，所以需要多用电表(交流电压挡)。
[典例1]　(教材原型实验)(2025·苏州市调研)在“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验中：
(1)为了人体安全，电源的交流电压不要超过 ________。
A．12 V B．24 V C．36 V D．220 V
(2)下列器材中，本实验需要用到的是 ________。
A　　 　　B　　　　　　C　 　　　D
图1
(3)如图2所示，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成的。硅钢片应平行于 ________。
A．平面abcd B．平面aehd
C．平面abgh D．平面dcfe
(4)若有一台铭牌模糊的可拆卸式变压器，如图3所示，该变压器可近似看作理想变压器。某同学欲测量它的初级、次级线圈匝数：先在上端铁轭(闭合铁芯中不套绕组只起磁路作用的部分)处紧密缠绕100匝漆包细铜线，并将细铜线两端与理想交流电压表接成闭合回路。然后在次级线圈两端的接线柱上输入8.0 V低压交流电压，理想交流电压表示数为2.0 V，则次级线圈的匝数为 ________匝。
[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，交流电压不超过12 V是比较安全的，故A正确，B、C、D错误。故选A。
(2)由于要使用交流电源，则干电池及直流电压表用不上，故A、C错误，B、D正确。故选BD。
(3)磁感线环绕的方向沿着闭合铁芯，根据楞次定律和安培定则可知，产生的电流方向平行于abcd平面，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应与涡流方向平行，即应平行于aehd平面，故A、C、D错误，B正确。故选B。
(4)若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系U1∶U2＝n1∶n2，所以n1＝×n2＝×100匝＝400匝。
[答案]　(1)A　(2)BD　(3)B　(4)400
　数据处理与误差分析
1．变压器的原理是互感现象的应用，即原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场；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；原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压。
2．实际实验中会存在漏磁现象。
[典例2]　(数据处理与误差分析)某学习小组在“探究变压器原、副线圈电压和匝数关系”的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示。
(1)下列说法正确的是________。
A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B．电表应置于直流电压挡
C．保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(2)为了减少涡流的影响，铁芯应该选择________。
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)该实验小组认真检查电路无误后，分别测出相应的原、副线圈电压值。若原、副线圈匝数分别为n1＝240匝、n2＝120匝，在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表合适的电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示：
序号 1 2 3 4 5
原线圈：U1(V) 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
副线圈：U2(V) 0.90 1.82 2.75 3.63 4.50
利用表格中的数据在下图中作出U1-U2图像，图像的斜率k＝______(保留2位有效数字)。
(4)实验发现，U1-U2图像的斜率k与不相等，原因可能为________(填字母代号)。
A．原、副线圈上通过的电流发热
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
[解析]　(1)变压器的工作原理是互感，因此，为保证实验安全，原线圈应接低压交流电源，A错误；由于变压器使用的是交流电，因此电表应置于交流电压挡，B错误；为了研究副线圈的匝数对输出电压的影响，需要采用控制变量法，保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈的匝数，从而研究副线圈的匝数对输出电压的影响，C正确；变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯，利用互感原理将电能输送到副线圈，D错误。故选C。
(2)为了减少涡流的影响，防止涡流在铁芯中产生过多的焦耳热，铁芯应该选择绝缘的硅钢片叠成。故选D。
(3)在坐标纸上描绘出相关数据点，将点迹用直线连接起来，使点迹均匀分布在直线两侧，如图所示
根据图像可得直线的斜率为k＝≈2.2。
(4)根据题中数据有＝＝2.0[答案]　(1)C　(2)D　(3)见解析图　2.2　(4)ABC
[典例3]　(实验器材创新)(2025·江苏苏州模拟考试)用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”实验。
(1)关于此实验，下列说法正确的是________。
A．原线圈可直接接入220 V交流电路
B．为了保证人身安全，要使用低压直流电源
C．用交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载
D．即使副线圈不接用电器，原线圈也不能长时间通电
(2)甲同学将变压器按照要求组装好后，原线圈接“0”“4”接线柱，副线圈接“0”“14”接线柱，此时接在原线圈两端的交流电压表量程为10 V，示数如图乙所示，其读数值为________ V(结果保留1位小数)，此时副线圈输出的电压理论上与________最接近(选填下列选项)。
A．0 V B．1.2 V C．14 V D．18.2 V
(3)乙同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈电压U2随时间变化的图像如图丙所示，在t1～t2时间内该同学先断开开关，其后仅进行的一项操作可能是________。
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
[解析]　(1)为了保证人身安全，原线圈要使用低压交流电源，不可直接接入220 V交流电路，选项A、B错误；因线圈中导线有电阻，所以用交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载，选项C正确；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，故D正确。故选CD。
(2)此时接在原线圈两端的交流电压表量程为 10 V，读数值为4.4 V；根据＝，解得U2＝＝ V＝15.4 V，即此时副线圈输出的电压理论上与14 V最接近，故选C。
(3)只增大交流电源的频率，不能改变副线圈的输出电压U2，故A错误；拧紧了松动的铁芯，副线圈磁通量增加，则输出电压U2增大，故B正确；由题图丙知，t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值，而周期不变，根据＝，若减少了副线圈的匝数，则副线圈输出电压U2减小，若增加原线圈的匝数，则副线圈输出电压U2也减小，故C、D错误。故选B。
[答案]　(1)CD　(2)4.4　C　(3)B
实验针对训练(十五)　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．(教材原型实验)(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：
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必用到的是________(填器材前的序号)，本实验中除上述器材外还需要用到的器材有_______________________________________。
(2)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”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12 V以下交流电压，电表用交流电压挡
D．原线圈接220 V交流电压，电表用交流电压挡
[解析]　(1)变压器的原理是互感现象，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故条形磁铁不必用到，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，故直流电源不必用到，需要用到低压交流电源。
(2)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，考虑到实验的安全性，电源交流电压不要超过12 V，故选C。
[答案]　(1)BC　 低压交流电源　(2)C
2．(数据处理与误差分析)用如图所示的可拆变压器探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系。
(1)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数________(选填“多”或“少”)。
(2)若原线圈和副线圈的匝数比为4∶1，实验中发现副线圈的输出电压总是略小于原线圈的输入电压的，造成这种误差的原因可能是________。
A．铁芯漏磁　　　　 B．线圈电阻产生少许电热
C．少许涡流损失 D．输入电压不稳定
[解析]　(1)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据＝可知匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。
(2)若原线圈和副线圈的匝数比为4∶1，变压器为理想变压器，则有U2＝U1＝U1，实验中发现副线圈的输出电压总是略小于原线圈的输入电压的，造成这种误差的原因可能是：铁芯漏磁，使得通过副线圈的磁通量小于通过原线圈的磁通量，则副线圈输出电压比理论值小，故A正确；线圈电阻产生少许电热，少许涡流损失，则输出功率小于输入功率，线圈电阻有一定分压，使得副线圈输出电压比理论值小，故B、C正确；输入电压不稳定，不会影响电压比和匝数比的关系，故D错误。故选ABC。
[答案]　(1)少　(2)ABC
3．(实验器材的创新)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同一电阻挡先后测量了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)。
[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”，所以电阻为24 Ω。根据电阻定律知，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)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、输出电压都是交流电，所以要用“交流电压”挡测绕制线圈的输出电压U。
④根据理想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
1 / 10实验针对训练(十五)　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
(总分：27分)
1．(9分)(教材原型实验)(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，实验室中备有下列可供选择的器材：
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必用到的是________(填器材前的序号)，本实验中除上述器材外还需要用到的器材有__________________________________________。
(2)做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”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12 V以下交流电压，电表用交流电压挡
D．原线圈接220 V交流电压，电表用交流电压挡
2．(6分)(数据处理与误差分析)用如图所示的可拆变压器探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系。
(1)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数________(选填“多”或“少”)。
(2)若原线圈和副线圈的匝数比为4∶1，实验中发现副线圈的输出电压总是略小于原线圈的输入电压的，造成这种误差的原因可能是________。
A．铁芯漏磁
B．线圈电阻产生少许电热
C．少许涡流损失
D．输入电压不稳定
3．(12分)(实验器材的创新)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同一电阻挡先后测量了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)。
1 / 2　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
教材原型实验
实验原理与操作
1．实验采用控制变量法
(1)保持原线圈的匝数和电压不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大。
(2)保持副线圈的匝数和原线圈的电压不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小。
2．变压器的原理是互感现象的应用
原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，不能用直流电源；因为需要测量电压，所以需要多用电表(交流电压挡)。
[典例1]　(教材原型实验)(2025·苏州市调研)在“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验中：
(1)为了人体安全，电源的交流电压不要超过 ________。
A．12 V B．24 V
C．36 V D．220 V
(2)下列器材中，本实验需要用到的是 ________。
A　　 　　B　　　 　C　　　　D
图1
(3)如图2所示，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成的。硅钢片应平行于 ________。
A．平面abcd B．平面aehd
C．平面abgh D．平面dcfe
(4)若有一台铭牌模糊的可拆卸式变压器，如图3所示，该变压器可近似看作理想变压器。某同学欲测量它的初级、次级线圈匝数：先在上端铁轭(闭合铁芯中不套绕组只起磁路作用的部分)处紧密缠绕100匝漆包细铜线，并将细铜线两端与理想交流电压表接成闭合回路。然后在次级线圈两端的接线柱上输入8.0 V低压交流电压，理想交流电压表示数为2.0 V，则次级线圈的匝数为 ________匝。
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数据处理与误差分析
1．变压器的原理是互感现象的应用，即原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场；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；原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压。
2．实际实验中会存在漏磁现象。
[典例2]　(数据处理与误差分析)某学习小组在“探究变压器原、副线圈电压和匝数关系”的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示。
(1)下列说法正确的是________。
A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B．电表应置于直流电压挡
C．保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(2)为了减少涡流的影响，铁芯应该选择______________________。
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)该实验小组认真检查电路无误后，分别测出相应的原、副线圈电压值。若原、副线圈匝数分别为n1＝240匝、n2＝120匝，在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表合适的电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示：
序号 1 2 3 4 5
原线圈：U1(V) 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
副线圈：U2(V) 0.90 1.82 2.75 3.63 4.50
利用表格中的数据在下图中作出U1 U2图像，图像的斜率k＝______(保留2位有效数字)。
(4)实验发现，U1 U2图像的斜率k与不相等，原因可能为________(填字母代号)。
A．原、副线圈上通过的电流发热
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
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[典例3]　(实验器材创新)(2025·江苏苏州模拟考试)用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”实验。
(1)关于此实验，下列说法正确的是________。
A．原线圈可直接接入220 V交流电路
B．为了保证人身安全，要使用低压直流电源
C．用交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载
D．即使副线圈不接用电器，原线圈也不能长时间通电
(2)甲同学将变压器按照要求组装好后，原线圈接“0”“4”接线柱，副线圈接“0”“14”接线柱，此时接在原线圈两端的交流电压表量程为10 V，示数如图乙所示，其读数值为________ V(结果保留1位小数)，此时副线圈输出的电压理论上与________最接近(选填下列选项)。
A．0 V B．1.2 V
C．14 V D．18.2 V
(3)乙同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈电压U2随时间变化的图像如图丙所示，在t1～t2时间内该同学先断开开关，其后仅进行的一项操作可能是________。
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
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