實(shí)驗(yàn)十六探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過實(shí)驗(yàn)探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，體會控制變量

法。2.會處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解實(shí)驗(yàn)誤差的來源。

■夯實(shí)必備知識

原理與器材實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)

1.保持原線圈的匝數(shù)m

1.在改變學(xué)生電源

和電壓Ui不變，改變副

電壓、線圈匝數(shù)前

線圈的匝數(shù)“2,研究m

均要先斷開電源

1.實(shí)驗(yàn)原理對副線圈電壓U2的影

開關(guān)，再進(jìn)行操

(1)實(shí)驗(yàn)電路圖(如圖所示)：響。

作。

(1)估計(jì)被測電壓的大致

2.為了人身安全，

~幾11范圍，選擇多用電表交流

學(xué)生電源的電壓

電壓擋適當(dāng)量程，若不知

不能超過12V,通

(2)實(shí)驗(yàn)方法采用控制變量法道被測電壓的大致范圍，

電時不能用手接

①"1、U1一定，研究〃2和。2的關(guān)則應(yīng)選擇交流電壓擋的

觸裸露的導(dǎo)線和

系。最大量程進(jìn)行測量。

接線柱。

②〃2、U1一定，研究〃1和。2的關(guān)(2)組裝可拆變壓器：把兩

3.為了多用電表的

系。個線圈穿在鐵芯上，閉合

安全，使用交流電

2.實(shí)驗(yàn)器材鐵芯，用交流電壓擋測量

壓擋測電壓時，先

學(xué)生電源(低壓交流電源，小于輸入、輸出電壓。

用最大量程擋試

12V)1個、可拆變壓器1個、多2.保持副線圈的匝數(shù)m

測，大致確定被測

用電表1個、導(dǎo)線若干。和原線圈兩端的電壓Ui

電壓后再選用適

不變，研究原線圈的匝數(shù)

當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測

對副線圈電壓的影響，重

量。

復(fù)(1)中步驟。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析變壓器原、副線圈兩端電壓。1、U2之比與原、副線

圈的匝數(shù)“1、“2之比的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：原、副線圈的電壓比等于原、副線圈的匝數(shù)比。

■研透核心考點(diǎn)

例1某實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示電路探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”，圖中變

壓器為可拆變壓器。

甲可拆變壓器零部件乙組裝后的變壓器

圖1

實(shí)驗(yàn)提供的器材有

A.mu多節(jié)干電池

C.直流電壓表

(1)電源應(yīng)選________,測量電壓應(yīng)選_________(均選填字母代號)。

(2)若用匝數(shù)2Vi=100匝和N2=200匝的變壓器做實(shí)驗(yàn)，在原線圈Ni的兩端分別

加上2V、4V、6V和8V的電壓，測量出副線圈兩端的相應(yīng)的電壓，記錄在下

面的表格中。表格中第2次實(shí)驗(yàn)，副線圈上電壓的示數(shù)如圖2所示，電壓量程為

0?10V交流電壓擋，讀數(shù)為,并計(jì)算出此次實(shí)驗(yàn)Ui：。2=

圖2

實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234

U1/V2468

UilN3.911.815.7

Ui

1：1.951：1.971：1.96

。2

(3)實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論______________________________________________________

(4)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差的原因可能是o

A.原線圈所加電壓小

B.變壓器的鐵芯漏磁

C.變壓器的鐵芯產(chǎn)生渦流

答案(1)BD(2)7.801：1.95(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，理想變壓器的原線

圈與副線圈的電壓之比等于線圈匝數(shù)之比(4)BC

解析(1)實(shí)驗(yàn)需要提供交流電源，干電池只能提供直流電源，所以電源應(yīng)選學(xué)生

電源。

實(shí)驗(yàn)中要測量的是交流電壓，故不能選直流電壓表，只能選用多用電表。

(2)電壓量程為0?10V交流電壓擋，交流電壓讀數(shù)為7.80V,則此次實(shí)驗(yàn)中Ui：Ui

=1：1.95o

⑶原、副線圈匝數(shù)之比為患=；,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，在誤差允許的范圍內(nèi)，理

想變壓器的原線圈與副線圈的電壓之比等于線圈匝數(shù)之比。

(4)原線圈輸入電壓大小不會影響電壓比和匝數(shù)比，故A錯誤；變壓器的鐵芯漏磁

使得能量損耗，從而導(dǎo)致電壓比與匝數(shù)比有差別，故B正確；變壓器的鐵芯產(chǎn)生

渦流使得能量損耗，從而會導(dǎo)致電壓比與匝數(shù)比有差別，故C正確。

例2⑴為探究變壓器兩個線圈的電壓與匝數(shù)關(guān)系，張明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3所示的

實(shí)驗(yàn)電路，操作步驟如下：

圖3

A.將原線圈與副線圈對調(diào)，重復(fù)以上步驟;

B.將匝數(shù)較多的一組線圈接到學(xué)生電源的交流電源輸出端上，另一個作為副線圈，

接上小燈泡；

C.閉合電源開關(guān)，用多用電表的交流電壓擋分別測量原線圈和副線圈兩端的電壓;

D.將兩個線圈套到可拆變器的鐵芯上；

①以上操作的合理順序是（填步驟前的字母代號）；

②在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)原線圈匝數(shù)〃1=1600匝，副線圈匝數(shù)〃2=400匝時，若原線圈兩

端電壓為8V,則副線圈兩端電壓為2V；原、副線圈對調(diào)后，原線圈兩端電壓為

3V,副線圈兩端電壓為12V,那么可初步確定，變壓器原、副線圈的電壓Ui、

。2與原、副線圈匝數(shù)”1、“2的關(guān)系是（填寫字母關(guān)系式）。

③本實(shí)驗(yàn)要通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，

實(shí)驗(yàn)中需要運(yùn)用的科學(xué)方法是.o

A.控制變量法B.等效替代法C.整體隔離法

（2）另一個同學(xué)在做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時，忘記

把圖4甲中的變壓器鐵芯A組裝到變壓器鐵芯B上，組裝后的變壓器如圖4乙所

示，在鐵芯上的原、副線圈匝數(shù)分別為加=1000匝和〃2=500匝，原線圈兩端與

M=10&sin（IOOTT?）V的交流電源相連，則副線圈兩端電壓的有效值可能是

變壓器鐵芯B

甲乙

圖4

A.1OV2VB.lV

C.5VD.10V

答案⑴①DBCA臉=今③A(2)B

解析（1）①在探究變壓器兩個線圈的電壓與匝數(shù)關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，操作的合理順序應(yīng)

該是DBCA。

②根據(jù)題中所給數(shù)據(jù)可得翳=%襦=磊，由此可知，變壓器原、副線圈的

4UU21oUU12

電壓Ui、。2與原、副線圈匝數(shù)m、"2的關(guān)系是卷=今。

③本實(shí)驗(yàn)要通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓比與匝數(shù)比的關(guān)系，

實(shí)驗(yàn)中需要運(yùn)用的科學(xué)方法是控制變量法，故A正確。

(2)原線圈兩端與M=l(h/2sin(lOOnOV的交流電源相連，則原線圈電壓的有效值為

。尸?=10V,在不考慮漏磁的情況下，有會=會，可得。2=5V,由于沒有將

鐵芯正常組裝，則副線圈兩端的有效值會比計(jì)算值更小，故A、C、D錯誤，B

正確。

■跟蹤訓(xùn)練

1.有一個教學(xué)用的可拆變壓器，其鐵芯粗細(xì)一致，如圖5甲所示。它有兩個外觀

基本相同的線圈A、3(內(nèi)部導(dǎo)線電阻率、橫截面積相同)，線圈外部還可以再繞線

圈。

(1)某同學(xué)用多用電表的“XI”歐姆擋先后測量了A、5線圈的電阻值，指針分別

對應(yīng)圖乙中的a、b位置，則A線圈的電阻為Q,由此可推斷

(選填"A”或"3”)線圈的匝數(shù)較多。

甲乙

圖5

(2)如果把該變壓器看作理想變壓器，現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一

根足夠長絕緣導(dǎo)線，一只多用電表和低壓交流電源。請完成以下實(shí)驗(yàn)步驟：

①用絕緣導(dǎo)線在線圈B上繞制n匝線圈；

②將A線圈與低壓交流電源相連接；

③用多用電表的“交流電壓”擋分別測量A線圈的輸入電壓〃和(選填

“繞制”或“3”)線圈的輸出電壓U-,

④則A線圈的匝數(shù)為(用已知和測得量的符號表示)。

答案⑴24A(2)③繞制④,

解析(1)多用電表歐姆擋讀數(shù)=指針指示值X倍率。a的讀數(shù)為24,倍率為

“XI”，所以A線圈的電阻為24Q。根據(jù)電阻定律，導(dǎo)線越長，電阻越大，因

為A的電阻比3大，所以A線圈匝數(shù)多。

(2)③因?yàn)橐獪y量A線圈匝數(shù)，所以要把A線圈與低壓交流電源相連接。變壓器輸

入、輸出電壓都是交變電壓，所以要用交流電壓擋測繞制線圈的輸出電壓

④根據(jù)變壓器電壓比等于匝數(shù)比，有號=￡，所以樞=,。

2.小華同學(xué)做了探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，請回答以下問題:

(1)本實(shí)驗(yàn)中需要測量電壓，則在如圖6所示的器材中，應(yīng)________0

310

?----------11______1

Qy,丫畬

M'-500

__________25X5A2—loY一?

._/

甲乙

圖6

A.選甲圖中的器材B.選乙圖中的器材

C.都可以選D.都不能選

(2)小華在做本實(shí)驗(yàn)時，選擇的原線圈為100匝，副線圈為200匝；他將原線圈接

入學(xué)生電源中的交流電壓“6V”擋位，用合適的電表測量出副線圈的電壓為13V,

則下列敘述可能符合實(shí)際情況的一項(xiàng)是

A.變壓器的鐵芯沒有閉合

B.電壓的測量出了問題

C.副線圈實(shí)際匝數(shù)與標(biāo)注的“200”不符，應(yīng)該小于200匝

D.學(xué)生電源實(shí)際輸出電壓大于標(biāo)注的“6V”

(3)用匝數(shù)為=100匝和儂=200匝的變壓器，實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)如下表。

解析(1)由題圖可知，甲圖是多用電表，而乙圖是電壓表，實(shí)驗(yàn)需要測量交流電

壓，因此選用甲圖器材，故A正確，B、C、D錯誤。

(2)根據(jù)理想變壓器的原、副線圈的電壓與其匝數(shù)關(guān)系卷=言，若變壓器的鐵芯沒

有閉合，則得出副線圈的電壓小于12V,A錯誤；若是電壓的測量出了問題，應(yīng)

該是小于12V,不應(yīng)該大于12V,B錯誤；副線圈實(shí)際匝數(shù)與標(biāo)注的“200”不符，

若小于200匝，由以上公式可知，副線圈的電壓小于12V,C錯誤；若學(xué)生電源

實(shí)際輸出電壓大于標(biāo)注的“6V”，由以上公式可知，副線圈的電壓可能為13V,D

正確。

(3)根據(jù)題意，電壓比與匝數(shù)比不相等，可知該變壓器為非理想變壓器，考慮到變

壓器有漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱等因素影響，判斷出。2為原線圈上電壓大小,

則接電源的是儂。

■提升素養(yǎng)能力(限時：25分鐘)

1.(2024.重慶高三月考)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，

某同學(xué)利用可拆變壓器來進(jìn)行探究。可拆變壓器能方便地從不同接線柱上選取不

同匝數(shù)的線圈。

(1)為了保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬踩M(jìn)行，下列說法正確的是。

A.實(shí)驗(yàn)中選取的電源為低壓直流電源，電壓不超過12V

B.因?yàn)殡娫礊榈蛪弘娫?，通電時可以用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱

C.連接好線路后可以先直接接通電路，根據(jù)電路的反應(yīng)來確認(rèn)電路是否連接正確

或者排查電路故障

D.為了保護(hù)交流電壓表，測電壓時先用最大量程擋試測

⑵在測量交流電源的電壓時，用儀器測量的電壓是交流電壓的(填“瞬

時”“有效”或“最大”)值。

⑶在該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，已知電源連接的線圈匝數(shù)記錄為m匝，電源電壓為

Ui。我們看到數(shù)據(jù)表格中某一列缺失的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能為o

第左次實(shí)驗(yàn)〃1/匝〃2/匝U1/VUi/N

34002008.00

A.4.00B.3.95

C.4.02

答案(1)D(2)有效(3)B

解析(1)實(shí)驗(yàn)中選取電源為低壓交流電源，故A錯誤；即使電源為低壓電源，通

電時也不可以用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線柱，故B錯誤；連接好線路后要檢查電

路正確連接才可以通電，故C錯誤；為了保護(hù)交流電壓表，測電壓時先用最大量

程擋試測，故D正確。

(2)交流電壓表測量的是交流電壓的有效值。

(3)若為理想變壓器，則有信=/，解得。2=/UI=/X8.00V=4.00V,由于實(shí)

際中變壓器有銅損和鐵損，變壓器副線圈處所測量的電壓會小于理論值。故選B。

2.一個教學(xué)用的簡易變壓器，兩線圈的匝數(shù)未知，某同學(xué)想用所學(xué)變壓器的知識

測定兩線圈的匝數(shù)。

(1)為完成該實(shí)驗(yàn)，除了選用電壓表、導(dǎo)線外，還需要選用低壓_______(填“直流”

或“交流”)電源。

(2)該同學(xué)在變壓器鐵芯上繞10匝絕緣金屬導(dǎo)線C,然后將簡易變壓器的A、5兩

線圈依次接電源，用電壓表分別測出線圈A、線圈3及線圈C兩端的電壓，記錄

在下面的表格中，則線圈A的匝數(shù)為________匝，線圈5的匝數(shù)為________匝。

A線圈電壓3線圈電壓C線圈電壓

8.0V3.8V0.2V

(3)為減小線圈匝數(shù)的測量誤差，你認(rèn)為繞制線圈C的匝數(shù)應(yīng)該(填“多

一些”“少一些”)更好。

答案⑴交流(2)400190(3)多一些

解析(1)需要選用低壓交流電源。

(2)根據(jù)變壓器原理有言=言

解得nA=^nc

400匝

同理有段=夢

解得nB=^nc

190匝。

...laLj-JTIAUA

（3）根據(jù)匯=%,可知C的匝數(shù)越多，C的電壓示數(shù)越大，測量更準(zhǔn)確，故線圈C

的匝數(shù)應(yīng)該多一些。

3.（1）在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列器材在實(shí)驗(yàn)

中不必用到的有

IXOO1Jl\I,1

ABCD

⑵若在實(shí)驗(yàn)中用匝數(shù)M=400匝和M=800匝的變壓器，對應(yīng)的電壓測量數(shù)據(jù)如

表所示。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，下列說法正確的是o

實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234

Ui/V0.901.401.902.40

U21V2.003.014.025.02

A.Ni一定是原線圈B.M一定是原線圈

C.M可能是副線圈D.N2可能是副線圈

答案（1）AC（2）B

解析（1）該實(shí)驗(yàn)要用低壓交流電源和交流電表，所以不需要干電池和滑動變阻器。

故選A、Co

⑵已知Ni=400匝和赴=800匝，表格中每組數(shù)據(jù)都可以看出電壓之比尹＜的=4，

U2/V22

由此可知此變壓器不是理想變壓器，原因是漏磁從而導(dǎo)致匝數(shù)比變大，M一定是

原線圈，M一定是副線圈，故選B。

4.在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，李輝同學(xué)采用了如圖1

所示的可拆式變壓器進(jìn)行研究，圖中各接線柱對應(yīng)的數(shù)字表示倍率為“X100匝”

的匝數(shù)。