实验十五探究变压器原副线圈电压与匝数的关系

第十二章交变电流传感器实验十五探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系目录CONTENT立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点0201Part01立足“四层”·夯基础⁠一、实验目的

探究变压器原线圈电压一定时，副线圈电压与线圈匝数的定量关系。二、实验原理1.实验电路图2.实验方法采用控制变量法（1）n1一定，研究n2和U2的关系。（2）n2一定，研究n1和U2的关系。三、实验器材

学生电源（低压交流，小于12

V）1个、可拆变压器1个、多用电表（交流电压挡）1个、导线若干。四、实验步骤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。实物接线如图所示。表格一

U1＝5V，n1＝400匝实验次数123n2/匝U2/V（1）选择n1＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。（2）将选择开关调至使原线圈两端电压为5V，如图甲所示。（3）将多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，如图乙所示。读出副线圈两端的电压U2。（4）将n2、U2、n1、U1记录在表格一中。（5）保持n1＝400匝，U1＝5V不变。将多用电表与副线圈n2＝800匝的接线柱相连接，如图丙所示。读出副线圈两端的电压U2。（6）将n2、U2记录在表格一中。（7）保持n1＝400匝，U1＝5V不变。将多用电表与副线圈n2＝1400匝的接线柱相连接，如图丁所示。读出副线圈两端的电压U2。（8）将n2、U2的数值记录在表格一中。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。表格二

U1＝5V，n2＝400匝实验次数123n1/匝U2/V（1）将1中的原线圈作为副线圈，副线圈作为原线圈。（2）选择n2＝400匝，用导线将变压器原线圈接在学生电源的交流输出接线柱上。（3）将选择开关拨至5V挡。（4）将多用电表与副线圈n1＝200匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。（5）将n2、U2、n1、U1记录在表格二中。（6）保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝800匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。（7）将n1、U2记录在表格二中。（8）保持n2＝400匝，U1＝5V不变，将连接电源的两根导线与原线圈n1＝1400匝的接线柱相连接，读出副线圈两端的电压U2。（9）将n1、U2的数值记录在表格二中。（10）拆除实验线路，整理好实验器材。五、实验结论

分析表格一和表格二可知，理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。六、注意事项1.要事先推测副线圈两端电压的可能值。2.为了人身安全，只能使用低压交流电压，所用电压不要超过12V，即使这样，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。3.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。Part02着眼“四翼”·探考点⁠【典例1】

物理研究课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的原、副线圈电压与匝数的关系”。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，实验中一般要求原线圈匝数小于副线圈匝数B.变压器的原线圈接低压交流电源，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”C.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D.测量副线圈电压时，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E.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F.变压器开始正常工作后，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”磁场能的作用解析

（1）为确保实验安全，应该使输出电压不大于12

V，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；变压器只能改变交流的电压，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；研究变压器电压和匝数的关系时，用控制变量法，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C正确；为了保护电表，测量副线圈电压时，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，故D正确；变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，不是铁芯导电，传输电能，故E错误，F正确。答案

（1）CDF（2）如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是

⁠。

A.与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力B.若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变C.若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起

【典例2】

在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中（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12VB.连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源C.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解析

（1）变压器是改变电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12

V，故A错误；实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，防止发生触电，故C错误；连接好电路，需经检查后才可接通电源，故B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，故D正确。答案

（1）D

（2）多用电表刻度盘上交流电压的刻度是

⁠（选填“均匀”或“不均匀”）的。

解析

（2）由多用电表的表盘可知，多用电表刻度盘上交流电压的刻度是不均匀的。答案

（2）不均匀（3）某实验小组通过实验，记录的数据如下表：原线圈匝数n1/匝100200400400副线圈匝数n2/匝400400200800原线圈两端的电压U1/V1.964.908.004.86副线圈两端的电压U2/V7.809.763.909.64通过分析实验数据可得出的实验结论是

⁠。

解析

（3）通过分析实验数据可得出的实验结论是，在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。答案

（3）在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比

（4）一次实验中，变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝，测得的电压分别为8.00V和3.90V，据此可知电压比与匝数比并不相等，主要原因是

⁠（至少说出两个原因）。

解析

（4）电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器是不理想的，有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响输出电压。答案

（4）有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响输出电压⁠1.在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，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.绝缘的铜片叠成D.绝缘的硅钢片叠成解析：（1）变压器铁芯的材料要选择磁性材料，为防止出现涡流，用绝缘的硅钢片叠成，故选D。答案：（1）D

（2）为了人身安全，实验中交流电源的电压不要超过

⁠；

A.2VB.12VC.50VD.72V解析：（2）为了人身安全，实验中交流电源的电压不要超过12

V，故选B。答案：（2）B

（3）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.等效替代法C.类比法解析：（3）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。答案：（3）A

（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。原因不可能为

⁠。

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：（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，选项A、B不符合题意；变压器铁芯漏磁，从而导致电压比与匝数比有差别，选项C不符合题意；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，选项D符合题意。答案：（4）D2.在“探究变压器线圈两端电压与匝数关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。实验序号原线圈两端的电压U1（V）副线圈两端的电压U2（V）13.98.21∶2.125.911.81∶2.037.815.2（1）实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。

答案：（1）1∶1.9

（2）本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系为

⁠（用题目中给出的字母表示）。

（3）该变压器是

⁠变压器（选填“升压”或“降压”）。

解析：（3）从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。答案：（3）升压⁠【典例3】

（2023·江苏南京模拟）做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的有

⁠。（填选项字母）

解析

（1）实验中需要交流电源、变压器和交流电压表（万用表），不需要干电池和直流电压表，故选B、D、E。答案

（1）BDE（2）下列说法正确的是

⁠。

A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过12VD.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好

答案

（2）BD

（3）实验中，可拆变压器如图所示，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，硅钢片应平行于平面

⁠。

A.abcdB.abfeC.abghD.aehd解析

（3）由图，根据楞次定律和右手螺旋定则，产生的涡旋电流的方向与面abcd平行，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，相互绝缘的硅钢片应垂直面abcd，即平行于面

aehd，故A、B、C错误，D正确。答案

（3）D（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

⁠（选填“平均”“有效”或“最大”）值；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为

⁠。

解析

（4）由于交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值；所选择为交流电压10

V挡，依题意，此时电表读数为4.8

V。答案

（4）有效

4.8V（5）若用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器做实验，对应的电压测量数据如下表所示。根据测量数据，则N1一定是

⁠线圈。（选填“原”或“副”）

实验次数1234U10.901.401.902.40U22.003.014.025.02

⁠1.小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题：（1）本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应

⁠。

A.选甲图中的器材B.选乙图中的器材C.都可以选D.都不能选解析：（1）由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用甲图，故A正确，B、C、D错误。答案：（1）A

（2）小华在做本实验时，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“6V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是

⁠。

A.变压器的铁芯没有闭合B.一定是电压的测量出了问题C.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝D.学生电源实际输出电压大于标注的“6V”

答案：（2）D

（3）用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如表，U1/V1.602.503.70