实验14 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系1.会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法，了解实验误差.2.知道变压器的工作原理，掌握变压器的特点，并能分析、解决实际问题.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n1、U1一定，研究n2和U2的关系n2、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3实验过程(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(1)中步骤4数据处理由数据分析变压器原、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5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【典例1】（2022全国高三课时练习）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”实验。（1）下列实验器材必需要用的有_（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滑动变阻器F条形磁体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/VU2/V1160040012.12.90280040010.24.95340020011.95.92【答案】 BCG BC#CB 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）1实验中，必须要有学生电源提供交流电，B需要，A不需要；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器；需要用多用电表测量交流电压，C需要，DE不需要；本实验不需要用条形磁体，需用可拆变压器来进行实验，G需要，F不需要。综上所述，需要的实验器材为BCG。（2）2A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；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，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；C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；D变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，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，而不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误。故选BC。（3）3通过数据分析可得，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】（2022全国高三专题练习）某学校高二（9）班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。（1）下列说法正确的是_。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测量副线圈电压时，先用中间挡位的量程试测，大致确定后再选用适当的挡位D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（3）一位同学实验时，发现两个线圈的导线粗细不同。他选择的原线圈为800匝，副线为400匝，原线圈接学生电源的正弦交流输出端“6V”挡位，测得副线圈的电压为3.2V。则下列分析正确的是_。A原线圈导线比副线圈导线粗B学生电源实际输出电压大于标注的“6V”C原线圈实际匝数与标注的“800”不符，应大于800D副线圈实际匝数与标注的“400”不符，应小于400【答案】 D A B【解析】（1）1 A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；B变压器只能改变交流电的电压，原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，应用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；C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错误；D研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，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，故D正确。故选D；（2）2变压器只能改变交流电，不能改变直流电，变压器的铁芯如果是整块导体，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A正确，BC错误。故选A；（3）3 A原线圈的匝数多，因此电压大电流小，由可知原线圈导线应该选用细的，故A错误；B根据测得副线圈的电压偏高，可能是因为学生电源实际输出电压大于标注的“”，故B正确；C如果原线圈实际匝数与标注的“800”不符，大于800，则测得副线圈的电压应偏低，而不是偏高，故C错误；D如果副线圈实际匝数与标注的“400”不符，小于400，测得副线圈的电压应偏低，而不是偏高，故D错误。故选B。【典例3】（2022北京大兴精华学校三模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：（1）实验仪器。下表是用图1中的多用电表进行测量的四次记录，a、b分别为测量时的指针位置。其中有的记录了量程（或倍率）但没有记录读数，有的记录了读数但没有记录量程（或倍率），请你填写表格中的各个空格。序号所测物理量量程或倍率指针读数直流电压5Va_直流电流_a11.3mA电阻_a5.0103电阻100b_（2）数据分析。某学生选用匝数可调的可拆变压器（视为理想变压器），如图2所示，做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，可以研究副线圈匝数n2对输出电压U2的影响。以U2为纵坐标，n2为横坐标。在图3中画出变压器的输出电压U2与其匝数n2关系图像的示意图_，并说明U2-n2图像斜率的物理意义。_【答案】 1.14V#1.15V#1.16V 50mA 100 400 每匝线圈（原线圈或副线圈均可）产生的电压；或表示铁芯中磁通量的变化率【解析】（1）1电压表的读数为1.15V；2电流表的量程为50mA；3欧姆表的倍率为1004欧姆表的读数为 （2）5根据 解得变压器的输出电压U2与其匝数n2关系图像的示意图为6图像的斜率为每匝线圈（原线圈或副线圈均可）产生的电压；或表示铁芯中磁通量的变化率【典例4】（2022北京清华附中模拟预测）某实验小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”，可拆变压器如图所示。（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的是_；A干电池B学生电源C实验室用电压表D多用电表（2）关于本实验，下列说法正确的是_；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因为使用的电压较低，通电时可直接用手接触裸露的导线进行连接C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D变压器开始正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈（3）某次实验中，用匝数匝和匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是_；Ua/V1.802.803.804.90Ub/V4.006.018.029.98A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（4）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。作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计_。A B C D【答案】 BD#DB C C D【解析】（1）1AB实验中变压器原线圈需要输入交流电压，而干电池只能输出恒定直流电压，学生电源可以输出交流电压，故A不符合题意，B符合题意； CD实验中变压器副线圈输出交流电压，而实验室用电压表只能测量直流电压，多用电表可以测量交流电压，故C不符合题意，D符合题意。故选BD。（2）2A为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，从而使副线圈输出电压较低，故A错误；B虽然使用的电压较低，但实验中仍有可能出现错接或者短路等情况发生，为了人身安全，通电时不能用手接触裸露的导线进行连接，故B错误；C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，故C正确；D互感现象是变压器的工作基础，电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，因此变压器是通过铁芯传导磁路将电能从原线圈传递到副线圈，故D错误。故选C。（3）3由表格数据可知考虑到实验中所用变压器并非理想变压器，即存在功率损失，使得原、副线圈电压之比大于匝数比，所以原线圈的匝数为nb，副线圈的匝数为na，而副线圈电压较小，电流较大，所以为了尽量减少能量损失，副线圈所用导线应比原线圈粗，故ABD错误，C正确。故选C。（4）4由于变压器工作时会在铁芯Q中存在变化的磁通量，为了减小能量传递