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实验十六　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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n1对副线圈两端电压U2的影响，重复1中(1)(2)两步骤 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
实验结论:在误差允许范围内，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;原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损)造成误差;铁芯中由于磁场的变化，形成涡流等(铁损)产生误差。因以上情况，使得<。 2.多用电表的读数存在误差
例1 (2024·江苏泰州期末)在利用教学中的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”实验中，装置如图所示。回答下列问题:
(1)原线圈所接的电源应是　　　　。
(2)用多用电表的交流电压挡测电压时，应先用　　　　(选填“最大”或“最小”)量程挡试测。
(3)若在原线圈“0”和“800匝”之间接12 V交流电压，副线圈接“0”和“400匝”，则利用交流电压表测出副线圈两端的电压可能是　　　　V(选填“5”或“6”)。
(4)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，其对应的选择开关是交流电压10 V挡，则此时电表读数为　　　　V。
答案　(1)C　(2)最大　(3)5　(4)有效　4.8
解析　(1)变压器的工作原理是互感，原线圈需要接入交流电，为了确保安全，所接交流电必须是低压交流电，故C正确。
(2)为了确保电表的安全，用多用电表的交流电压挡测电压时，应先用最大量程挡试测。
(3)若是理想变压器，则有=
解得U2=6 V
由于实际变压器存在漏磁，使得输出电压比理想值小一些，所以电压表测出副线圈两端的电压可能是5 V。
(4)交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值;交流电压10 V挡，精度为0.2 V，根据电压表读数规律得读数为4.8 V。
例2 (2024·江苏南京期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，所使用的可拆变压器如图所示。
(1)变压器铁芯的结构和材料是　　　　。
A.整块硅钢铁芯
B.整块不锈钢铁芯
C.彼此绝缘的铜片叠成
D.彼此绝缘的硅钢片叠成
(2)观察两个线圈的导线，发现导线的粗细不同，导线细的线圈匝数较　　　　(选填“多”或“少”)。
(3)将有效值为3 V的交流电接入200匝的变压器原线圈两端后，依次测量副线圈不同匝数两端的电压值并填入下表。则根据表中测量数据可判断第3组数据时副线圈的匝数为　　　　匝。
次数 1 2 3 4 5
n2/匝 200 600 1 200 1 400
U2/V 3 9 12 18 21
(4)实验时，某同学听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，他做出如下猜想，正确的是　　　　。
A.“嗡嗡”声来自交变电流在线圈中产生变化磁场时发出的
B.“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音
C.交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声
(5)之后，该同学又仔细观察铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成，如图所示，金属片应平行于　　　　。
A.平面abfe　　B.平面adhe　　C.平面adgf
答案　(1)D　(2)多　(3)800　(4)C　(5)B
解析　(1)为了减小涡流，用相互绝缘的硅钢片叠合而成，故D正确。
(2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据=可知匝数多的电流小，则导线越细，即导线细的线圈匝数多。
(3)n2=n1=×200匝=800匝。
(4)听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，其原因是交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声，故C正确。
(5)为减小涡流的产生，硅钢片应与磁场方向平行，所以硅钢片相叠时应平行于平面adhe，故B正确。
(2025·江苏连云港高三期中)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)下列说法正确的是　　　　。
A.变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B.变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能
C.实际变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失
D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
(2)实验时，原线圈接“0”“8”接线柱，副线圈接“0”“1”接线柱，原线圈两端连接低压交流电源10 V挡，用交流电压表测得副线圈两端的电压为0.4 V，这与其他小组的正确实验结论明显不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是　　　　。
A.原线圈匝数太多，电阻过大
B.铁芯没有闭合，漏磁过多
C.副线圈匝数太少，增加实验误差
D.副线圈的电阻太小
(3)实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“800”两个接线柱之间，测得副线圈的“0”和“400”两个接线柱之间的电压为3.0 V，则可推断原线圈的输入电压可能为　　　　。
A.3 V B.5.3 V C.6.0 V D.6.2 V
答案　(1)B　(2)B　(3)D
解析　(1)变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误;变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，故B正确;实际变压器存在漏磁，故有能量损失即原线圈输入功率大于副线圈输出功率，故C错误;变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端电压不变，不为0，故D错误。
(2)根据变压器的工作原理可知，若通过原、副线圈的磁通量相同，则原、副线圈两端的电压比等于匝数比，则有==，实际结果为==<，实验结论与理论结论出现明显的偏差，最有可能的是铁芯没有闭合，漏磁过多，使得通过副线圈的磁通量明显小于通过原线圈的磁通量，使得副线圈两端的电压很小，故B正确。
(3)若是理想变压器，则变压器线圈两端的电压与匝数的关系为=，当变压器的原线圈接“0”和“800”两个接线柱之间、副线圈接“0”和“400”两个接线柱时，原、副线圈匝数比为2∶1，副线圈的电压为3 V，则原线圈的电压应该为6 V;实际操作中，不是理想变压器，需要考虑能量损失部分，则原线圈所接电压大于6 V，故D正确。
1.(2024·江苏徐州期中)小姚同学做了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验，小姚在做本实验时，选择的原线圈为100匝、副线圈为200匝;他将原线圈接入学生电源中的交流电压
“6 V”挡位，用交流电压表测量出副线圈的电压为13.0 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是(　　)
A.一定是电压的测量出了问题
B.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝
C.学生电源实际输出电压小于标注的“6 V”
D.学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
答案　D
解析　由=得U2=U1=×6 V=12 V，若是电压的测量出了问题，应该是小于12 V，不应该大于12 V，故A错误;副线圈实际匝数与标注的“200”不符，若小于200匝，则副线圈的电压应小于12.0 V，故B错误;若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”，由以上公式可知，副线圈的电压可能为13.0 V，故C错误，D正确。
2.(2024·江苏宿迁期末)关于“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，下列说法正确的是(　　)
A.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
B.穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量
C.为了保证安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V
D.绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些
答案　D
解析　即使使用电压较低，为了确保实验数据的可靠精确性，通电时也不能用手直接接触裸露的导线、接线柱，A错误;因为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，故B错误;变压器的工作原理是互感现象，电源应该选用学生电源提供的交流电压，故C错误;由变压器的工作原理有=可知，匝数少的线圈中的电流大，则导线应该粗，绕制降压变压器原、副线圈时，由于副线圈的匝数少，副线圈的导线应比原线圈粗一些好，故D正确。
3.如图所示是教材插图，介绍火花塞点火原理，一同学课本存在污渍，看不清完整原理图。他根据所学知识，利用一直流电源、变压器、开关及导线若干设计点火电路，则以下原理图可行的是(　　)
答案　C
解析　根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比，即=，可知副线圈匝数应远大于原线圈匝数，因为是直流电源，为了使副线圈产生感应电动势，需要把开关接在原线圈，故C正确。
4.(2024·江苏南京期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中:
(1)下列仪器中需要的是　　　　(填写字母)。
(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.原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡
B.原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡
C.原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡
D.原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡
(3)若某次实验中用匝数N1=400匝、N2=800匝的变压器，测得N1的电压U1=3.6 V，N2的电压U2=8.2 V，据此可知　　　　(选填“N1”或“N2”)是副线圈匝数。
(4)造成(3)中的误差的原因不可能是　　　　(填字母代号)。
A.原线圈上的电流发热
B.副线圈上的电流发热
C.变压器铁芯漏磁
D.原线圈输入电压发生变化
答案　(1)CD　(2)A　(3)N1　(4)D
解析　(1)仪器中需要低压交流电源和多用电表，不需要干电池和磁体，故选C、D。
(2)变压器只能改变交流电压，则变压器的原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡测量次级电压，故A正确。
(3)若N2是原线圈且是理想变压器，则副线圈电压为
U1=U2=×8.2 V=4.1 V
考虑到实际变压器“铜损”和“铁损”，则副线圈电压小于4.1 V，即为3.6 V，符合实际，故N1是副线圈匝数。
(4)造成(3)中的误差的原因可能为原、副线圈的电流都会发热损失能量，另外变压器铁芯漏磁也会有能量损失，使得次级电压比理想值偏小，故D正确。
5.(2024·江苏常州期末)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，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，哪个同学的实验结果有误　　　　(选填“甲”“乙”或“丙”)。
答案　(1)B　(2)变大　(3)乙
解析　(1)由题图可知，A接直流电源，B接交流电源，而要探究变压器则必须使用交流电压，故B正确。
(2)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，磁通量变化率越大，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。
6.(2025·江苏宿迁二模)在“探究压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，如图所示为所用实验器材:可拆变压器、学生电源、数字多用电表。
(1)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是　　　　。
A.控制变量法
B.等效代替法
C.整体隔离法
(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.绝缘的硅钢片叠成
D.绝缘的铜片叠成
(3)关于本实验，下列做法不正确的是　　　　。
A.为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，原线圈所接电压不超过16 V
B.为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱
C.变压器正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈
D.使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
(4)现将数字多用电表的选择开关旋至最合适的挡位后，分别测量原线圈匝数为挖，时的输入电压U1和副线圈匝数为竹。时的输出电压U2，数据如表所示。
原线圈匝 数n1(匝) 副线圈匝 数n2(匝) 输入电压 U1(V) 输出电压 U2(V)
100 200 4.32 8.27
100 800 4.33 8.26
400 800 4.33 8.26
400 1 600 4.33 16.52
①在误差允许范围内，表中数据基本符合　　　　规律。
②进一步分析数据，发现输出电压比理论值偏小，请分析原因　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)A　(2)C　(3)C　(4)①变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比　②有漏磁、铁芯发热、导线发热等
解析　(1)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故选A。
(2)变压器铁芯的材料要选择磁性材料，为减小涡流影响，选择用绝缘的硅钢片叠成的铁芯，故C正确，A、B、D错误。
(3)变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不超过16 V，A正确;为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱，B正确;变压器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，C错误;使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。
(4)①根据表中数据，在误差允许的范围内基本符合变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即有=;
②由于变压器不是理想变压器，有漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗，因此变压器输出电压比理论值偏小。

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