（18）变压器——2024届高考物理一轮复习实验大通关
1.在探究“变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，除了已有的可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）、开关、导线若干，实验室中还备有下列可供选择的器材：
A.条形磁铁 B.交流电源 C.直流电源 D.多用电表
（1）在本实验中还需要选择上述器材中的_______（填正确答案标号）。
（2）某同学将原线圈接在适当的电源上，增大电源的电压，观察到副线圈两端的电压也随之增大；然后在电源电压不变的情况下，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，则可以观察到副线圈两端的电压_______（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）为了进一步探究“变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”，该同学又取线圈匝数匝和匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果如表所示，考虑到变压器实际存在的各种损耗，可判断电源两端接的是_______（选填“”或“”）。
1.90 2.90 3.90
4.02 6.03 8.02
2.有一个教学用的变压器，如图所示，它有两个外观基本相同的线圈A和线圈B，它们的材质相同，线圈外部还可以绕线。
（1）某同学用多用电表的欧姆挡测量了线圈的电阻，发现线圈B的电阻约为线圈A的电阻的3倍，则可推断线圈________的匝数多（选填“A”或“B”）。
（2）如果把它看作理想变压器，现要测量线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一个低压交流电源（输出电压的有效值不变）。
现采用如下方法进行测量：
①将绝缘导线一端与线圈A上方接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝；
②将绝缘导线的另一端和线圈A下方接线柱分别与低压交流电源两输出端相连接；
③用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两输出端的电压和线圈B的输出电压U；请在上述基础上，补充一个实验步骤，完成线圈匝数的测量（需要测量的物理量请用字母表示，并说明其含义），再写出线圈的匝数的表达式。
④________________________。________，________。
3.某同学做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，可拆变压器如图所示.
（1）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是_____________；
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
（2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，匝数多的线圈导线___________（填“粗”或“细”）；
（3）某次实验中，将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，电源电压调至8.0V，用电表测得副线圈两个接线柱之间的电压为3.9V，则此时接入的副线圈可能“___________”和“__________”两个接线柱；
（4）对比多次实验数据，发现实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，请写出一条导致出现该问题的原因________________.
4.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。
（1）下列实验器材必须要用的有_______。（选填字母代号）
A.干电池组
B.学生电源
C.多用电表
D.直流电压表
E.滑动变阻器
F.条形磁铁
G.可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
（2）下列说法正确的是_________。（选填字母代号）
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.要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C.测量电压时，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
D.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
（3）该同学通过实验得到了如表中所示的实验数据，表中分别为原、副线圈的匝数，分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是__________。
实验次数 /匝 /匝
1 1600 400 12.1 2.90
2 800 400 10.2 4.95
3 400 200 11.9 5.92
5.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中。
（1）下列器材需要的有______.
A.干电池组
B.滑动变阻器
C.直流电压表
D.多用电表
E.学生电源
（2）在实验中，某同学保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将_______(选填“增大”“减小”或“不变”)；
（3）如图，当左侧线圈“0”“16”间接入9V电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是_______。
A.3.1V B.2.5V C.2.0V D.1.8V
6.某班物理实验课上，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_________。
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
（3）理想变压器是一种理想化模型。请分析说明该模型应忽略哪些次要因素：_________；并证明：理想变压器原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即。
7.高二物理实验课上，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，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“”的匝数。
（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的是___________；
A.滑动变阻器 B.学生电源 C.直流电压表 D.小灯泡
（2）某同学用同种规格的导线绕制成a、b两个线圈，并用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了a、b两个线圈的电阻值，指针分别对应图丙中的位置，由此可判断___________线圈匝数多；
（3）在具体操作过程中，下列说法中正确的两项为___________。
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.测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测，大致确定后再选用适当的挡位
C.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
D.实验中，必须在副线圈上接上用电器以形成闭合回路
（4）在实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压如图丁所示，则该电压值为___________。
（5）某同学发现通电后，使很大的劲都不能把变压器铁芯B取出，断电后，就可以轻松取出，这是为什么？请简单述说原因___________。
答案以及解析
1.答案：（1）BD
（2）增大
（3）
解析：（1）变压器的原理是互感现象，需要用到交流电源；研究变压器线圈两端的电压与匝数的关系需要测电压，所以需要一个测电压的仪器，可选多用电表。
（2）变压器线圈两端的电压与匝数的关系为：，在电源电压不变的情况下，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，则可以观察到副线圈两端的电压增大。
（3）理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计；考虑到这些损耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。由题可知：，结合表格中的数据可知，如果接电源，则必定小于，而图中，则接电源的是。
2.答案：（1）B
（2）④用多用电表的交流电压挡测量线圈A两端的电压，然后拆除电路并整理器材；；
解析：（1）根据电阻定律，导线横截面积一定，导线越长，电阻越大，因为线圈B的电阻约为线圈A电阻的3倍，所以线圈B的匝数多。
（2）用多用电表的交流电压挡测量线圈A两端的电压，然后拆除电路并整理器材。根据理想变压器的电压关系，可知，解得线图A的匝数，线圈B的匝数。
3.答案：（1）D（2）细（3）0；4（4）变压器铁芯漏磁，铁芯在交变磁场作用下发热，原、副线圈上通过的电流发热等等
解析：（1）变压器的铁芯是由绝缘的硅钢片叠成。
故选D；
（2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，匝数多的线圈导线细，匝数少的线圈导线粗；
（3）某次实验中，将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，电源电压调至8.0V，若为理想变压器，若原副线圈匝数比为2:1，则次级电压为4V，考虑到实际变压器的能量损失，则次级电压小于4V，若用电表测得副线圈两个接线柱之间的电压为3.9V，则此时接入的副线圈可能“0”和“4”两个接线柱；
（4）对比多次实验数据，发现实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，请写出一条导致出现该问题的原因：变压器铁芯漏磁，铁芯在交变磁场作用下发热，原、副线圈上通过的电流发热等等。
4.答案：（1）BCG
（2）BC
（3）
解析：（1）在探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验中，需要用交流电源，故干电池、直流电压表都不能用，需要用学生电源、多用电表和可拆式变压器，滑动变阻器是改变电流的，因为学生电源可以改变原线圈的电压，所以也可以不用它，条形磁铁也没有什么用途，故选项BCG是必须要用到的。
（2）为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，这样得到的电压才会较小，才可能安全，A错误；要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，B正确；测量电压时，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，C正确；变压器开始正常工作后，铁芯不导电，是导磁的，从而把电能由原线圈输送到副线圈，D错误。
（3）通过对比数据发现，在误差允许的范围内，原、副线圈匝数比等于原、副线圈的电压之比，即。
5.答案：（1）DE（2）减小（3）CD
解析：（1）AE.因为变压器两端要接入交流电源，才能起到变压的作用，所以不能用干电池，要用由交流输出的学生电源，故A错误，E正确；
B.本实验不需要滑动变阻器，故B错误；
CD.测量交流电压不能用直流电压表，要用多用电表，故C错误，D正确。
故选DE；
（2）因为原副线圈的电压之比满足，即，所以保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数时，副线圈两端的电压将减小；
（3）因为当左侧线圈“0”“16”间接入9V电压时，左侧线圈匝数为16n，右侧线圈接“0”“4”接线柱时，右侧线圈匝数为4n，所以当变压器为理想变压器时满足，则，因为实际情况时，变压器有漏磁，且线圈有焦耳热产生，故右侧输出电压应该小于2.25V。
故选：CD。
6.答案：（1）CDF（2）AC（3）见解析
解析：（1）为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，使得次级电压较小，选项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”，选项B错误；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，选项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，防止烧坏电表，选项D正确；变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，通过电磁感应，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，并非用于导电，选项F正确，E错误。
（2）变压器线圈通电后会产生磁场，从而对变压器上端的横条铁芯有吸引作用，则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，选项A正确；若仅增加原线圈绕制的圈数，则次级电压减小，小灯泡的亮度将变暗，选项B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，则次级电压变大，学生电源的过载指示灯可能会亮起，选项C正确。
（3）理想变压器模型应忽略的次要因素如下：①不计漏磁，即通过原、副线圈每匝线圈的磁通量都相等，因而不计磁场能损失；②不计原、副线圈的电阻，因而不计线圈的热能损失；③不计铁芯中产生的涡流，因而不计铁芯的热能损失。综上，理想变压器在传输能量时没有能量损失。根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈产生的感应电动势分别为，因理想变压器不计原、副线圈的电阻，则线圈两端的电压等于它产生的感应电动势，即，，联立以上各式可得。
7.答案：（1）B
（2）a
（3）BC
（4）6.3/6.2/6.4
（5）电磁感应现象，通电后，铁芯B就相当于一个电磁铁，除了自身的重力外，还受到很大的磁场力作用
解析：（1）实验中需要用学生电源的交流输出端，不需要滑动变阻器、小灯泡以及直流电压表。
故选B。
（2）由图可知，a线圈电阻较大，根据电阻定律可知a线圈匝数多；
（3）A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，选项A错误；
B.测量副线圈电压时，先用最大量程挡试测，大致确定后再选用适当的挡位，选项B正确；
C.实验时可以保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，探究副线圈匝数对副线圈电压的影响，选项C正确；
D.实验中，不需要在副线圈上接上用电器以形成闭合回路，副线圈也能产生感应电动势，选项D错误。
故选BC。
（4）由图可知，该电压值为6.3V；
（5）某同学发现通电后，使很大的劲都不能把变压器铁芯B取出，断电后，就可以轻松取出，是因为电磁感应现象，通电后，铁芯B就相当于一个电磁铁，除了自身的重力外，还受到很大的磁场力作用。
