高二物理专题特训(人教版2019选择性必修第二册)专题3.6探究变压器的实验(原卷版+解析)

专题3.6探究变压器的实验【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1实验原理与操作】 【题型2数据处理与误差分析】 【题型1实验原理与操作】【例1】(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5V，用演示电表交流50V挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________；A.5∶8 B.5∶16C.1∶14 D.1∶8(2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，__________(填写“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。【变式1-1】物理研究课上，同学们用可拆变压器“探究变压器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，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(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【变式1-2】在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。(1)实验还需下列器材中的________；(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，则所接电源电压挡位可能为________。A．18.0V B．10.0VC．5.0V D．2.5V【变式1-3】有一个教学用的可拆变压器，其铁心粗细一致，如图所示，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欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图中的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)。【题型2数据处理与误差分析】【例2】一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。(1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压________(填“直流”或“交流”)电源。(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将简易变压器的A、B两线圈依次接电源，用电压表分别测出线圈A，线圈B及线圈C两端的电压，记录在下面的表格中，则线圈A的匝数为________匝，线圈B的匝数为________匝。A线圈电压B线圈电压C线圈电压8.0V3.8V0.2V(3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该________(填“多一些”“少一些”)更好。【变式2-1】如图所示为某型号电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。该电吹风吹热风时输入功率为500W，吹冷风时输入功率为60W。小风扇额定电压为60V，正常工作时小风扇输出功率为50W。和分别是理想变压器原、副线圈的匝数。则A.吹冷风时触片P位于ab之间B.吹热风时通过电热丝的电流为1AC.小风扇的内阻是10ΩD.变压器原、副线圈的匝数比【变式2-2】(1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有________。(2)若在实验中用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是________。实验次数1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02A.N1一定是原线圈 B．N2一定是原线圈C．N1可能是副线圈 D．N2可能是副线圈【变式2-3】如图，为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，我们把没有用导线相连的线圈套在同一闭合的铁芯上，一个线圈连到电源的输出端，另一个线圈连到小灯泡上，如图所示，试回答下列问题：（1）线圈应连到学生电源的______________（选填直流、交流）；（2）将与灯泡相连的线圈拆掉匝数，其余装置不变继续实验，灯泡亮度将__________（选填变亮、变暗），这说明灯泡两端的电压__________（选填变大、变小）；（3）实验中发现，在所有连接都完好的情况下，电路接通后，灯泡始终不亮，但却在电路接通或断开的瞬间，灯泡会闪亮一下，原因是__________。

参考答案【题型1实验原理与操作】【例1】(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5V，用演示电表交流50V挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________；A.5∶8 B.5∶16C.1∶14 D.1∶8(2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，__________(填写“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。答案(1)D(2)副线圈解析(1)根据电压表读数的方法可知，该变压器的输出电压为40V，所以变压器的原副线圈匝数之比eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(5,40)＝eq\f(1,8)，故D正确，A、B、C错误。(2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线。【变式1-1】物理研究课上，同学们用可拆变压器“探究变压器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，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(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解析：(1)为确保实验安全，实验中要求副线圈匝数小于原线圈匝数，使得次级电压较小，故A错误；变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；实验时可采用控制变量法，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；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，防止烧坏电压表，故D正确；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，故E错误，F正确。(2)变压器线圈通电会产生磁场，而变压器上端的横条相当于磁铁，下端对横条有吸引力作用，因此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，故A正确；仅增加原线圈匝数，副线圈两端电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈两端电压增大，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能会使学生电源的过载指示灯亮起，故C正确。答案：(1)CDF(2)AC【变式1-2】在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。(1)实验还需下列器材中的________；(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，则所接电源电压挡位可能为________。A．18.0V B．10.0VC．5.0V D．2.5V解析：(1)本实验中，变压器的原线圈应接在交流电源上；为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要用交流电压表。故学生电源和交流电压表两个器材不能缺少。(2)理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)；若变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，则原、副线圈匝数比为eq\f(n1,n2)＝2，则原线圈两端电压U1＝eq\f(n1,n2)U2＝10V；本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5V，则原线圈电压必须大于10V，故选A。答案：(1)BC(2)A【变式1-3】有一个教学用的可拆变压器，其铁心粗细一致，如图所示，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欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图中的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)多用电表欧姆挡读数＝指针指示值×倍率。A的读数为24，倍率为“×1”，所以电阻为24Ω。根据电阻定律，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根据变压器电压比等于匝数比，有eq\f(UA,U)＝eq\f(nA,n)，所以nA＝eq\f(UA,U)n。答案：(1)24A(2)绕制eq\f(UA,U)n【题型2数据处理与误差分析】【例2】一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。(1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压________(填“直流”或“交流”)电源。(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将简易变压器的A、B两线圈依次接电源，用电压表分别测出线圈A，线圈B及线圈C两端的电压，记录在下面的表格中，则线圈A的匝数为________匝，线圈B的匝数为________匝。A线圈电压B线圈电压C线圈电压8.0V3.8V0.2V(3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该________(填“多一些”“少一些”)更好。解析：(1)需要选用低压交流电，才能产生交变的磁场。(2)根据变压器原理有：eq\f(nA,nC)＝eq\f(UA,UC)解得：nA＝eq\f(UA,UC)nC＝400匝同理有：eq\f(nB,nC)＝eq\f(UB,UC)解得：nB＝eq\f(UB,UC)nC＝190匝。(3)根据eq\f(nA,nC)＝eq\f(UA,UC)，可知C的匝数越多，C的电压示数越大，测量更准确，故线圈C的匝数应该多一些。答案：(1)交流(2)400190(3)多一些【变式2-1】如图所示为某型号电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。该电吹风吹热风时输入功率为500W，吹冷风时输入功率为60W。小风扇额定电压为60V，正常工作时小风扇输出功率为50W。和分别是理想变压器原、副线圈的匝数。则A.吹冷风时触片P位于ab之间B.吹热风时通过电热丝的电流为1AC.小风扇的内阻是10ΩD.变压器原、副线圈的匝数比答案：CD【变式2-2】(1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到的有________。(2)若在实验中用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是________。实验次数1234U1/V0.901.401.902.40U2/V2.003.014.025.02A.N1一定是原线圈 B．N2一定是原线圈C．N1可能是副线圈 D．N2可能是副线圈解析：(1)该实验要用低压交流电源和交流电表，所以不需要干电池和滑动变阻器。故选A、C。(2)已知N1＝400匝和N2＝800匝，表格中每组数据都可以看出电压之比eq\f(U1,U2)＜eq\f(N1,N2)＝eq\f(1,2)，由此可知此变压器不是理想变压器，原因是漏磁从而导致匝数比变大，N2一定是原线圈，N1一定是副线圈。故选B。答案：(1)AC(2)B【变式2-3】如图，为探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，我们把没有用导线相连的线圈套在同一闭合的铁芯上，一个线圈连到电源的输出端，另一个线圈连到小灯泡上，如图所示，试回答下列问题：（1）线圈应连到学生电源的______________（选填直流、交流）；（2）将与灯泡相连的线圈拆掉匝数，其余装置不变继续实验，灯泡亮度将__________（选填变亮、变暗），这说明灯泡两端的电压__________（选填变大、变小）；（3）实验中发现，在所有连接都完好的情况下，电路接通后，灯泡始终不亮，但却在电路接通或断开的瞬间，灯泡会闪亮一下，原因是__________。答案：（1）交流（2）变暗；变小（3）变压器的初级连接的是学生电源的“直流”解析：（1）线圈应连到学生电源的交流；（2）将与灯泡相连的线圈拆掉匝数，其余装置不变继续实验，由于变压器次级匝数减小，则次级电压减小，则灯泡亮度将变暗，这说明灯泡两端的电压变小；（3）实验中发现，在所有连接都完好的情况下，电路接通后，灯泡始终不亮，但却在电路接通或断开的瞬间，灯泡会闪亮一下，原因是变压器的初级连接的是学生电源的“直流”。专题3.6探究变压器的实验【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1实验原理与操作】 【题型2数据处理与误差分析】 【题型1实验原理与操作】【例1】(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5V，用演示电表交流50V挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则变压器的原、副线圈匝数之比可能是__________；A.5∶8 B.5∶16C.1∶14 D.1∶8(2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，__________(填写“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。答案(1)D(2)副线圈解析(1)根据电压表读数的方法可知，该变压器的输出电压为40V，所以变压器的原副线圈匝数之比eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(5,40)＝eq\f(1,8)，故D正确，A、B、C错误。(2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较大，应该使用较粗的导线。【变式1-1】物理研究课上，同学们用可拆变压器“探究变压器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，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(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解析：(1)为确保实验安全，实验中要求副线圈匝数小于原线圈匝数，使得次级电压较小，故A错误；变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”测量，故B错误；实验时可采用控制变量法，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；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，防止烧坏电压表，故D正确；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，故E错误，F正确。(2)变压器线圈通电会产生磁场，而变压器上端的横条相当于磁铁，下端对横条有吸引力作用，因此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，故A正确；仅增加原线圈匝数，副线圈两端电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈两端电压增大，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能会使学生电源的过载指示灯亮起，故C正确。答案：(1)CDF(2)AC【变式1-2】在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究。(1)实验还需下列器材中的________；(2)实验中，上图中变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，则所接电源电压挡位可能为________。A．18.0V B．10.0VC．5.0V D．2.5V解析：(1)本实验中，变压器的原线圈应接在交流电源上；为了知道原、副线圈的电压比和线圈匝数比之间的关系，还需要用交流电压表。故学生电源和交流电压表两个器材不能缺少。(2)理想变压器原、副线圈电压和匝数的关系为eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)；若变压器的原线圈接“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，则原、副线圈匝数比为eq\f(n1,n2)＝2，则原线圈两端电压U1＝eq\f(n1,n2)U2＝10V；本题中可拆变压器并非理想变压器，存在漏磁现象，要使副线圈所接电压表示数为5V，则原线圈电压必须大于10V，故选A。答案：(1)BC(2)A【变式1-3】有一个教学用的可拆变压器，其铁心粗细一致，如图所示，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欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图中的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)多用电表欧姆挡读数＝指针指示值×倍率。A的读数为24，倍率为“×1”，所以电阻为24Ω。根据电阻定律，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根据变压器电压比等于匝数比，有eq\f(UA,U)＝eq\f(nA,n)，所以nA＝eq\f(UA,U)n。答案：(1)24A(2)绕制eq\f(UA,U)n【题型2数据处理与误差分析】【例2】一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。(1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压________(填“直流”或“交流”)电源。(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C，然后将简易变压器的A、B两线圈依次接电源，用电压表分别测出线圈A，线圈B及线圈C两端的电压，记录在下面的表格中，则线圈A的匝数为________匝，线圈B的匝数为________匝。A线圈电压B线圈电压C线圈电压8.0V3.8V0.2V(3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该________(填“多一些”“少一些”)更好。解析：(1)需要选用低压交流电，才能产生交变的磁场。(2)根据变压器原理有：eq\f(nA,nC)＝eq\f(UA,UC)解得：nA＝eq\f(UA,UC)nC＝400匝同理有：eq\f(nB,nC)＝eq\f(UB,UC)解得：nB＝eq\f(UB,UC)nC＝190匝。(3)根据eq\f(nA,nC)＝eq\f(UA,UC)，可知C的匝数越多，C的电压示数越大，测量更准确，故线圈C的匝数应该多一些。答案：(1)交流(2)400190(3)多一些【变式2-1】如图所示为某型号电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属