第十三章 實(shí)驗(yàn)十五 探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

第十三章交變電流電磁振蕩與電磁波傳感器實(shí)驗(yàn)十五探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系Contents教材幫讀透教材融會貫通高考幫研透高考明確方向03練習(xí)幫練透好題精準(zhǔn)分層01Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit.目錄核心考點(diǎn)五年考情命題分析預(yù)測教材原型實(shí)驗(yàn)2021：廣東T12；2020：全國ⅢT23用傳感器制作簡單的自動控制裝置是近年

高考命題的熱點(diǎn)之一，且傳感器類型靈活

多變，不斷創(chuàng)新.預(yù)計2025年高考中會結(jié)

合各種傳感器元件特點(diǎn)，綜合考查利用傳

感器制作簡單的自動控制裝置.實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新2022：北京T13；2019：全國ⅡT23實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新2023：湖南T12；2021：山東T141.實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄孔儔浩髟€圈電壓一定時，副線圈電壓與原、副線圈匝數(shù)的定量關(guān)系.2.實(shí)驗(yàn)原理(1)實(shí)驗(yàn)電路圖(如圖所示)：(2)實(shí)驗(yàn)方法采用[1]

?.①n1、U1一定，研究n2和U2的關(guān)系.②n2、U1一定，研究n1和U2的關(guān)系.控制變量法3.實(shí)驗(yàn)器材學(xué)生電源(低壓交流電源，小于12V)1個、可拆變壓器1個、多用電表1個、導(dǎo)線若干.4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)保持變壓器原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對副線

圈電壓U2的影響.①估計被測電壓的大致范圍，選擇多用電表交流電壓擋適當(dāng)量程，若不知道被測電

壓的大致范圍，則應(yīng)選擇交流電壓擋的[2]

?試測，大致確定被測電壓

后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量.②組裝可拆變壓器：把兩個線圈穿在鐵芯上，閉合鐵芯，用交流電壓擋測量輸入、

輸出電壓.最大量程擋(2)保持變壓器副線圈的匝數(shù)n2和原線圈的電壓U1不變，改變原線圈的匝數(shù)n1，研究

n1對副線圈電壓U2的影響.重復(fù)(1)中步驟.5.數(shù)據(jù)分析由數(shù)據(jù)分析變壓器原、副線圈電壓U1、U2之比與原、副線圈的[3]

?

的關(guān)系.匝數(shù)n1、n2之

比6.注意事項(xiàng)(1)要事先推測副線圈電壓的可能值.(2)在改變學(xué)生電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先[4]

，再進(jìn)行操作.(3)為了人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12V，通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線

和接線柱.(4)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確

定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量.斷開電源開關(guān)7.誤差分析(1)由于磁漏，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差.(2)原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗(銅損)造成誤差.(3)鐵芯中有磁損耗，造成渦流產(chǎn)生誤差.命題點(diǎn)1教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1.某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).(1)下列實(shí)驗(yàn)器材必須要用的有

(選填字母代號).A.干電池組B.學(xué)生電源C.多用電表D.直流電壓表E.滑動變阻器F.條形磁鐵G.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)BCG

[解析]實(shí)驗(yàn)中，必須要有學(xué)生電源提供交流電，B需要；學(xué)生電源本身可以調(diào)

節(jié)電壓，無需滑動變阻器，需要用多用電表測量電壓，C需要；本實(shí)驗(yàn)不需要條形

磁鐵，用可拆變壓器來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，G需要；綜上所述，需要的實(shí)驗(yàn)器材為B、C、G.(2)下列說法正確的是

(選填字母代號).A.為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)B.要研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，應(yīng)該保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變

副線圈的匝數(shù)C.測量電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行

測量D.變壓器開始正常工作后，鐵芯導(dǎo)電，把電能由原線圈輸送到副線圈BC

[解析]

為確保實(shí)驗(yàn)安全，應(yīng)該降低輸出電壓，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，故A錯誤；要研究副線圈匝數(shù)對副線圈電壓的影響，應(yīng)該保持原線圈電壓、匝數(shù)不變，改變副線圈的匝數(shù)，進(jìn)而測得副線圈電壓，找出相應(yīng)關(guān)系，故B正確；為了保

護(hù)多用電表，測量副線圈電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電壓后再選

用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量，故C正確；變壓器不計各種損耗，在原線圈上將電能轉(zhuǎn)化

成磁場能，在副線圈上將磁場能轉(zhuǎn)化成電能，鐵芯起到傳遞磁場能的作用，不是鐵

芯導(dǎo)電來傳輸電能，故D錯誤.命題點(diǎn)2創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)2.有一個教學(xué)用的可拆變壓器，其鐵芯粗細(xì)一致，如圖甲所示，它有兩個外觀基本

相同的A、B線圈(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)用多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B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

Ω，由此可推斷

(選填“A”或

“B”)線圈的匝數(shù)較多.[解析]多用電表歐姆擋讀數(shù)＝指針指示值×倍

率.a位置的讀數(shù)為24，倍率為“×1”，所以A線圈

電阻為24Ω.根據(jù)電阻定律知，導(dǎo)線電阻率、橫截

面積相同，導(dǎo)線越長，電阻越大，因?yàn)锳線圈的電

阻比B線圈的大，所以A線圈匝數(shù)多.24

A

(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B線圈上繞制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UA和

(選填“繞

制”或“B”)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).繞制

1.[實(shí)驗(yàn)組合考查/2023浙江6月]以下實(shí)驗(yàn)中，說法正確的是

(多選).A.“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，充電時電流逐漸增大，放電時電流逐漸

減小B.“用油膜法估測油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，滴入油酸酒精溶液后，需盡快描下油

膜輪廓，測出油膜面積C.“觀察光敏電阻特性”和“觀察金屬熱電阻特性”實(shí)驗(yàn)中，光照強(qiáng)度增加，光敏

電阻阻值減小；溫度升高，金屬熱電阻阻值增大D.“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，如果可拆變壓器的“橫

梁”鐵芯沒裝上，原線圈接入10V的交流電時，副線圈輸出電壓不為零CD

1234[解析]“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，充電時電流逐漸減小，放電時電

流也逐漸減小，A錯誤；“用油膜法估測油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中，滴入油酸酒精

溶液后，需要等到油膜充分?jǐn)U展成單分子油膜后，才能描繪油膜輪廓，測出油膜面

積，B錯誤；“觀察光敏電阻特性”實(shí)驗(yàn)中，光照強(qiáng)度增加，光敏電阻阻值減小，

“觀察金屬熱電阻特性”實(shí)驗(yàn)中，溫度升高，金屬熱電阻阻值增大，C正確；“探

究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，如果可拆變壓器的“橫梁”鐵芯

沒有裝上，原線圈接入10V的交流電時，只是漏磁較嚴(yán)重，變壓器的效率會很低，

但是在副線圈中仍能夠產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，副線圈輸出電壓不為零，D正確.12342.[傳感器實(shí)驗(yàn)在選擇題中考查/2022北京]某同學(xué)利用壓力傳感器設(shè)計水庫水位預(yù)

警系統(tǒng).如圖所示，電路中的R1和R2，其中一個是定值電阻，另一個是壓力傳感器

(可等效為可變電阻).水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越

小.當(dāng)a、b兩端的電壓大于U1時，控制開關(guān)自動開啟低水位預(yù)警；當(dāng)a、b兩端的電壓

小于U2(U1、U2為定值)時，控制開關(guān)自動開啟高水位預(yù)警.下列說法正確的是(

C

)A.U1＜U2B.R2為壓力傳感器C.定值電阻的阻值越大，開啟高水位預(yù)警時的水位越低D.定值電阻的阻值越大，開啟低水位預(yù)警時的水位越高C1234[解析]水位越高，對壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越小.控制開關(guān)

自動開啟低水位預(yù)警時水位越低，壓力傳感器的電阻值越大，壓力傳感器兩端電壓

越大，定值電阻兩端電壓越小，由于a、b兩端此時的電壓大于U1，根據(jù)串聯(lián)電路分

壓特點(diǎn)可知，R1為壓力傳感器，高水位時壓力傳感器的電阻值較小，壓力傳感器R1

兩端電壓較小，

U1＞U2，AB錯誤.若定值電阻的阻值越大，壓力傳感器分得的電壓

越小，水位升高時，壓力傳感器的電阻減小，分得的電壓減小，很容易達(dá)到U2，即

開啟高水位預(yù)警時的水位越低，C正確；水位降低時，壓力傳感器的電阻增大，分

得的電壓增大，水位要降得更低，壓力傳感器阻值更大，分得的電壓才能達(dá)到U1，

即開啟低水位預(yù)警的水位越低，D錯誤.12343.[創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計/2023湖南]某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了

一個測量微小壓力的裝置，其電路如圖(a)所示，R1、R2、R3為電阻箱，RF為半導(dǎo)體

薄膜壓力傳感器，C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無窮大).

(1)先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值，示數(shù)如圖(b)所示，對應(yīng)的讀數(shù)

是

Ω；[解析]由圖(b)可知，對應(yīng)的讀數(shù)為10×100Ω＝1000Ω.1000

1234(2)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3，使電壓傳感器示數(shù)為0，此時，RF的阻值為

(用

R1、R2、R3表示)；

1234(3)依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于砝

碼重力大小)，讀出電壓傳感器示數(shù)U，所測數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點(diǎn)，繪制U－m關(guān)系圖線；圖(c)[解析]把表格中的數(shù)據(jù)在圖(c)上進(jìn)行描點(diǎn)，然后用一條直線擬合，使盡可能多的點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍棄，如圖(c)所示.1234(4)完成前面三步的實(shí)驗(yàn)工作后，該測量微小壓力的裝置即可投入使用.在半導(dǎo)體薄膜

壓力傳感器上施加微小壓力F0，電壓傳感器示數(shù)為200mV，則F0大小

是

N(重力加速度取9.8m/s2，保留2位有效數(shù)字)；[解析]根據(jù)U－m圖像可知，當(dāng)U＝200mV時，m＝1.80g，故F0＝mg＝0.018N.0.018

1234(5)若在步驟(4)中換用非理想毫伏表測量C、D間電壓，在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上

施加微小壓力F1，此時非理想毫伏表讀數(shù)為200mV，則F1

F0(填“＞”“＝”

或“＜”).[解析]可將C、D以外的電路等效為新的電源，C、D兩點(diǎn)電壓視為路端電壓，因?yàn)閾Q用非理想毫伏表后，當(dāng)讀數(shù)為200mV時，實(shí)際上C、D間斷路(接理想毫伏表時)時的電壓大于200mV，則在壓力傳感器上施加微小壓力F1時C、D間的電壓大于在壓力傳感器上施加微小壓力F0時C、D間的電壓，結(jié)合U－m關(guān)系圖線可知，F(xiàn)1＞F0.＞12344.[實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新/2021山東]熱敏電阻是傳感器中經(jīng)常使用的元件，某學(xué)習(xí)小組要

探究一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律.可供選擇的器材有：待測熱敏電阻RT(實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，阻值約幾百歐到幾千歐)；電源E(電動勢1.5V，內(nèi)阻r約0.5Ω)；電阻箱R(阻值范圍0～9999.99Ω)；滑動變阻器R1(最大阻值20Ω)；滑動變阻器R2(最大阻值2000Ω)；微安表(量程100μA，內(nèi)阻等于2500Ω)；開關(guān)兩個，溫控裝置一套，導(dǎo)線若干.同學(xué)們設(shè)計了如圖甲所示的測量電路，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖甲1234①按圖示連接電路；②閉合S1、S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P的位置，使微安表指針滿偏；③保持滑動變阻器滑片P的位置不變，斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱，使微安表指針半偏；④記錄此時的溫度和電阻箱的阻值.回答下列問題：(1)為了更準(zhǔn)確地測量熱敏電阻的阻值，滑動變阻器應(yīng)選用

(填“R1”或

“R2”).R1

[解析]用半偏法測量熱敏電阻的阻值，應(yīng)盡可能讓該電路的電壓在S2閉合前、

后保持不變，由于該支路與滑動變阻器左半部分并聯(lián)，滑動變阻器的阻值越小，S2

閉合前、后該部分電阻變化越小，從而電壓的值變化越小，故滑動變阻器應(yīng)選用最

大值較小的R1才能更準(zhǔn)確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn).1234(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中實(shí)物圖(不含溫控裝置)連接成完整電路.圖乙[答案]如圖所示.1234(3)某溫度下微安表半偏時，電阻箱的讀數(shù)為6000.00Ω，該溫度下熱敏電阻的

測量值為

Ω(結(jié)果保留到個位)，該測量值

(填“大于”或

“小于”)真實(shí)值.[解析]微安表半偏時，該支路的總電阻為原來的2倍，即RT＋RμA＝6000Ω，由

RμA＝2500Ω易得RT＝3500Ω.當(dāng)斷開S2，微安表半偏時，由于該支路的電阻增

加，電壓略有升高，根據(jù)歐姆定律可知，總電阻比原來2倍略大，也就是電阻箱的

阻值略大于熱敏電阻與微安表的總電阻，而實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為電阻箱的阻值等于熱敏電阻

與微安表的總電阻，因此熱敏電阻的測量值比真實(shí)值偏大.3500

大于1234(4)多次實(shí)驗(yàn)后，學(xué)習(xí)小組繪制了如圖丙所示的圖像.由圖像可知，該熱敏電阻的阻值

隨溫度的升高逐漸

(填“增大”或“減小”).圖丙

減小1234

1.[2024哈師大附中?？糫某同學(xué)在做“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”

實(shí)驗(yàn).(1)實(shí)驗(yàn)室中有下列器材：A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)；B.條形磁鐵；C.開關(guān)、導(dǎo)線若干；D.交流電壓表.在本實(shí)驗(yàn)中，上述器材不需要用到的是

(器材序號字母)，還需用到的器材

有

(選填“直流電源”或“低壓交流電源”).B

低壓交流電源123[解析]“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中不需要條形磁鐵，故選B.題中還需用到的器材是低壓交流電源.123(2)該學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時，先保持原線圈的匝數(shù)不變，增加副線圈的匝數(shù)，觀察到副線圈

兩端的電壓

(選填“增大”“減小”或“不變”)；然后再保持副線圈的匝

數(shù)不變，增加原線圈的匝數(shù)，觀察到副線圈兩端的電壓

(選填“增大”“減

小”或“不變”)；上述探究過程采用的實(shí)驗(yàn)方法是

?.增大減小控制變量法

123(3)若實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，實(shí)驗(yàn)時n1＝800匝，n2＝400匝，斷開S，接通電源，觀察

到電壓表的讀數(shù)為6V，若可拆變壓器可視為理想變壓器，則：①變壓器的輸入電壓有效值為

?；A.3VC.12VD.15V②若燈泡的額定電壓為6V，閉合S，燈泡能否正常發(fā)光？

(填“能”或“不

能”).

C

能123

2.為了探究理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系，某實(shí)驗(yàn)小組做了下列實(shí)驗(yàn).一

個可變變壓器原線圈接入220V正弦交流電，副線圈接有一個理想電壓表.副線圈有

三個抽頭a、b、c.變壓器總匝數(shù)為1000匝，測得S分別接a、b時電壓表示數(shù)為176

V、110V，已知b為線圈中點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)初步探究得到原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

是

；已知抽頭c與線圈下端間匝數(shù)為總匝數(shù)的四分之一，則S接c時，電壓

表示數(shù)為

，抽頭a、b間匝數(shù)為

?.成正比55V

300匝123

1233.某實(shí)驗(yàn)小組用可拆變壓器探究“變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”，可拆變壓器如圖

甲、圖乙所示.123(1)以下給出的器材中，本實(shí)驗(yàn)需要用到的是

?.

A.干電池 B.學(xué)生電源C.實(shí)驗(yàn)室用電壓表 D.多用電表BD

123[解析]

實(shí)驗(yàn)中變壓器原線圈需要輸入交流電壓，而干電池只能輸出恒定直流電

壓，學(xué)生電源可以輸出交流電壓，故A不符合題意，B符合題意；實(shí)驗(yàn)中變壓器副線

圈輸出交流電壓，而實(shí)驗(yàn)室用電壓表只能測量直流電壓，多用電表可以測量交流電

壓，故C不符合題意，D符合題意.故選BD.123(2)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是

?.A.為確保實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)驗(yàn)中要求原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)B.因?yàn)槭?/p>