2025高考物理一轮总复习第13章交变电流电磁振荡和电磁波传感器实验15探究变压器原副线圈电压与匝数的关系提能训练

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(1)如图所示，小海同学将变压器的原线圈接在低压交流电源上，小灯泡接在变压器的副线圈上，小灯泡发光，下列说法正确的是 C 。
A．将原线圈接在电压相同的低压直流电源上，小灯泡亮度不变
B．电流从原线圈经铁芯流到副线圈，最后流过小灯泡
C．将可拆变压器的横条铁芯取下，小灯泡的亮度降低
(2)实验过程中，小海同学听到变压器发出明显的“嗡嗡”低鸣声，引起该现象的原因可能是 B 。
A．原线圈上输入电压过低
B．变压器上的两个固定螺丝没有拧紧
C．小灯泡与底座之间接触不良
[解析] (1)将原线圈接在电压相同的低压直流电源时，小灯泡将会熄灭，亮度发生变化，A错误；电流不会从原线圈经铁芯流到副线圈，B错误；将可拆变压器的横条铁芯取下后，导致电磁感应现象减弱，感应电流减小，故小灯泡的亮度降低，C正确。
(2)听到变压器发出明显的“嗡嗡”低鸣声，是因为变压器上的两个固定螺丝没有拧紧才会出现的现象，A、C错误，B正确。
2．某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验。他准备了可拆变压器、多用电表、开关和导线若干。
(1)实验需要的电源是_C__。
A．低压直流电源 B．高压直流电源
C．低压交流电源 D．高压交流电源
(2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈电压值。由于交变电流电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的 有效 值(填“有效”或“最大”)。其中一次多用电表读数如图所示，此时电压表读数为 7.2 V 。
(3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 正比 (填“正比”或“反比”)，实验中由于变压器的铜损和铁损，导致原线圈与副线圈的电压之比一般 大于 (填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
(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_D__。(填字母代号)
A．原、副线圈上通入电流后发热
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] (1)电源用低压交流电源。(2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用电表选用的挡位是交流电压的10 V挡位，所以应该在0～10 V挡位读数，所以读数应该是7.2 V。
(3)根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比。实验中由于变压器的铜损和铁损，变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以导致副线圈的电压的实际值一般略小于理论值，所以导致eq \f(U1,U2)>eq \f(n1,n2)。
(4)原、副线圈上通入电流后发热，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；变压器铁芯漏磁，也会导致电压比与匝数比有差别；原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故选D。
3．(2024·山东菏泽月考)有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，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 24 Ω，由此可推断 A (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 绕制 (选填“绕制”或“B”)线圈的输出电压U；
④则A线圈的匝数为 eq \f(UA,U)·n (用已知量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A线圈的电阻为24 Ω。根据电阻定律，导线越长，电阻越大，因为A线圈的电阻比B线圈的大，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。
4．在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中。
(1)某同学在完成上述实验后，采用如图甲所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小)，为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开 A (填选项字母)。
A．导线A B．导线B
C．开关C D．导线D
(2)如图乙，当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出的电压可能是 C 。
A．6 V B．4.3 V
C．2.1 V
[解析] (1)实验结束时，应先把电压表从电路中断开，否则在断开开关瞬间，线圈与电压表形成回路，线圈由于自感会产生较高的电动势。且加在电压表两端的电压反向，很可能烧毁电压表，故应先断开导线A，故A正确。
(2)当左侧线圈“0”“16”间接入12 V交变电压时，设左侧线圈的匝数为16n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈的匝数为4n，其中n为某一个常数；理想变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系为：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，如果是理想变压器，则“0”“4”接线柱间输出的电压是3 V，实验中考虑到漏磁、绕组导线中产生的焦耳热等因素，所以“0”“4”接线柱间输出的电压要小于3 V，故A、B错误，C正确。
5．某学校高中物理实验课上，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 D 。
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 。
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“6 V”挡位，测得副线圈的电压为3.2 V。则下列分析可能正确的是 B 。
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“6 V”
C．原线圈实际匝数与标注的“800”不符，应大于800
D．副线圈实际匝数与标注的“400”不符，应小于400
[解析] (1)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；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；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；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。
(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，B、C错误。
(3)原线圈的匝数多，因此电压大电流小，由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(R＝\f(U,I),R＝\f(ρL,S)))可知原线圈导线应该选用细的，故A错误；根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，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“6 V”，故B正确；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；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。
6．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，利用如图所示的可拆变压器能方便地探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。
(1)为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是 A 。
A．控制变量法 B．等效替代法
C．演绎法 D．理想实验法
(2)原、副线圈上的电压之比是否等于它们的匝数之比呢？发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，分析下列可能的原因，你认为正确的是 BCD 。
A．原、副线圈的电压不同步
B．变压器线圈中有电流通过时会发热
C．铁芯在交变磁场的作用下会发热
D．原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失
[解析] (1)当一个物理量与多个物理量相关时，应采用控制变量法，探究该物理量与某一个量的关系，如本实验中，保持原线圈输入的电压U1一定，探究副线圈输出的电压U2与匝数n1、n2的关系。故选A。
(2)变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是B、C、D项中的绕制线圈的铜导线发热损耗(俗称铜损)、铁芯中的涡流发热损耗(俗称铁损)、铁芯对磁场的约束不严密损耗(俗称磁损)。故选BCD。