探究變壓器電壓與匝數關系、傳感器的利用（原卷版）

2023屆高三物理一輪復習多維度導學與分層專練

專題68探究變壓器電壓與匝數關系、傳感器的利用

導練目標導練內容

目標1探究變壓器原副線圈電壓與匝數關系

目標2利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

【知識導學與典例導練】

一、探究變壓器原副線圈電壓與叵數關系

（-）實驗目的

探究變壓器原線圈電壓一定時，副線圈電壓與線圈匝數的定量關系.

（二）實驗原理

1.實驗電路圖

2.實驗方法：采用控制變量法。

。加一定,研窕〃2和S的關系。

⑵〃2一定，研究m和S的關系。

（三）實驗器材

學生電源（低壓交流，小于12V）1個、可拆變壓器1個、多用電表（交流電壓擋）1個、導線若干。

（四）實驗步驟

1.保持原線圈的匝數〃I和電壓3不變，改變副線圈的匝數"2,研究〃2對副線圈電壓S的影響。

2.保持副線圈的匝數〃2和原線圈兩端的電壓U不變，研究原線圈的匝數對副線圈電壓的影響。

（五）誤差分析

I.由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴格相等造成誤差。

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，產生渦流，造成誤差。

（六）注意事項

1.要事先推測副線圈兩端電壓的可能值。

2.為了人身安全，只能使用低壓交流電壓，所用電壓不要超過I2V,即使這樣，通電時不耍用手接觸裸

露的導線、接線柱。

3.為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋測試，大致確定電壓后再選擇適當

的擋位進行測量。

4.連接電路后要由同組的幾位同學分別獨立檢查，然后請老師確認，之后才能接通電源。

【例1】某實驗小組用如圖所示電路探究"變壓器的電壓與匝數的關系”，圖中變壓器為可拆變壓器。

變壓器鐵芯P

甲可拆變壓器零部件乙組裝后的變壓料

實驗提供的器材有

A.多節干電池學生電源

直流電壓表

(1)電源應選______,測量電壓應選______:(均選填字母代號)

(2)若用匝數逆=100匝和M=200匝的變壓器做實驗,在原線圈M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的電壓，記錄在下面的表格中。表格中第2次實驗，副線圈.上電壓的示

數如圖內所示，電壓量程為0~10V交流電壓檔，讀數為,并計算出此次實驗a：3=：

丙

實驗次數1234

U、lV2468

U?N3.911.85.7

5

1:1.951:1.971:1.96

(3)實驗可得結論

(4)導致實驗誤差的原因可能是。

A,原線圈所加電壓小

B.變壓器的鐵芯漏磁

C.變壓器的鐵芯產生渦流

二、利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

I.實驗目的

(1)了解傳感器的工作過程，探究敏感元件的特性。

(2)學會傳感器的簡單使用。

2.實驗原理

(1)傳感器能夠將感受到的物理量(力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量)。

(2)其工作過程如下圖所示。

非電學量

3.實驗器材

熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、

開關、導線等。

4.誤差分析

誤差主耍來源丁溫度U和歐姆表的讀數。

5.注意事項

(1)在做熱敏實驗時，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫。

(2)光敏實驗中，如果效果不明顯，可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變照射到

光敏電阻上的光的多少。

（3）歐姆表每次換擋后都要重新進行電阻調零。

【例2］熱敏電阻按溫度分為正溫度系數電器（PTC）和負溫度系數電器（NTC）兩類。正溫度系數電阻（PTC）

在溫度升高時電阻值增大，負溫度系數電阻器（NTC）在溫度升高時電阻值減小，熱敏電阻的這種特性，常

常應用在控制電路中、如圖1所示為這兩種熱敏電阻的U-/圖像。

（1）如圖1中曲線團所示，說明該熱敏電阻是熱敏電阻。（填"PTC"或"NTC"）

（2）某同學搭建一套基于某熱敏電阻的火災報警系統，其電路圖如圖2所示。請根據此電路圖將如圖3所

示的實物圖連接完整o

圖3

（3）已知熱敏電阻的阻值隨溫度的變化規律如圖4所示。電源電動勢為氏10V,內阻不計，通過報警器的

電流達到/=10mA就會報警。若要求環境溫度達到60團時，該裝置能自動報警，則應先將開關S與甩阻箱&

連接，將其阻值設置為kQ,然后將滑動變器"的阻值從最大逐漸減小，直至報警器開始報警，此時飛

kQ,之后保持與阻值不變，將開關S與熱敏電阻&連接即可。若要使該裝置在更低的溫度下報警,

只需將滑動變阻器的阻值:填"調大〃或者“調小”）即可。（結果保留1位小數）

【多維度分層專練】

1.有一個教學用的可拆變壓器，如圖1所示，它有兩個外觀基本相同的線圈人、3（內部導線電阻率、橫

截面積相同），線圈外部還可以繞線。

few-

\___I1____1

oO

圖1圖2

（1）某同學用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值,指針分別對應圖2中的八/"立置,

由此可推斷（選填《〃或“夕）線圈的匝數較多。

（2）該實驗中輸入端所接電源最適合的是。

A.220V交流電源

B.12V以內低壓直流電源

C.36V安全電壓

D.12V以內低壓交流電源

（3）如果把它看作理想變壓器，現要測量A線圈的匝數，提供的器材有：?根足夠長的絕緣導線、?只多

用電表和低壓交流電源。請完成實驗步驟的填空：

①用絕緣導線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制〃匝線圈。

②將（選填“4〃或“尾）線圈與低壓交流電源相連接。

③用多用電表的擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U。

④則A線圈的匝數為o

2.某同學在實驗室進行探究變壓器原、副線圈電壓與匝數關系的實驗。他準備了可拆變壓器、多用電表、

開關和導線若干。

（1）實驗需要以下哪種電源:

A.低壓直流電源B.高壓直流電源

C.低壓交流電源D.高壓交流電源

（2）該同學認真檢查電路無誤后，先保證原線圈匝數不變，改變副線圈匝數；再保證副線圈匝數不變，改

變原線圈匝數。分別測出相應的原、副線圈電壓值。由于交變電流電壓是變化的，所以，我僅實際上測量

的是電壓的值（填“有效”或"最大〃）。其中一次多用電表讀數如圖所示，此時電壓表讀數為

（3）理想變壓器原、副線圈電壓應與其匝數成（填“正比”或“反比”），實驗中由于變壓器的銅

損和鐵損，導致原線圈與副線圈的電壓之比一般（二真"大于〃"小于”或“等于”）原線圈與副線圈

的匝數之比。

（4）實驗中原、副線圈的電壓之比與它們的匝數之比有微小差別。原因不可能為。（填字母

代號）

A.原、副線圈上通過的電流發熱B.鐵芯在交變磁場作用下發熱

C.變壓器鐵芯漏磁D.原線圈輸入電壓發生變化

3.如圖所示為探究變壓器線圈兩端電壓與匝數的關系的電路圖，我們把兩個線圈套在同一閉合鐵芯上，一

個線圈連接到電源的輸出端，另一個線圈連接到小燈泡上，試回答下列問題：

（1）原線圈應連接到學生電源的（選填直流、交流）輸出端；

（2）將與小燈泡相連接的線圈減少一定的匝數，裝置其他部分不變，繼續完成實驗，發現燈泡亮度將

（填“變亮"或"變暗"）。

（3）某同學想用220V交流電作為小型收錄機的電源實驗，他添置了一臺220V/6V變壓器（如圖所示），

看到它上面只有b、c、d四個引出線頭，又沒有表明接法的說明書。根據我們掌握的有關知識，可以判

定，220V的電源應該接間。（填寫。、d或仇c）

4.利用如圖所示的裝置可以探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系:

變壓器鐵芯

變壓器鐵芯

甲可拆變壓器零部件乙組裝后的變壓器

（1）除圖中所示器材外，還需要的器材有;

A.干電池B.低壓交流電源C.直流電壓表D.多用電表

（2）下列說法正確的是；

A.變壓器工作時通過鐵芯導電把電能由原線圈輸送到副線圈

B.變壓器工作時在原線圈上將電能轉化成磁場能，在副線圈上將磁場能轉化成電能，鐵芯起到“傳遞”能量

的作用

C.理想變壓器原、副線圈中的磁通量總是相同

D.變壓器副線圈上不接負載時，原線圈兩端電壓為零

（3）由于變壓器工作時有能量損失，實驗測得的原、副線圈的電壓比?應當___________（選填“大于〃、”等

于"或者"小于〃）原、副線圈的匝數比以。

5.在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”實驗中，李輝同學采用了如圖所示的可拆式變壓器進行研

究，圖中各接線柱對應的數字表示倍率為"xlOO匝"的匝數。

（1）本實驗中，實驗室有下列器材：

A.可拆變壓器（鐵芯、兩個已知匝數的線圈）B.條形磁鐵

C.多用電表D.直流電源

E.開關、導線若干

上述器材在本實驗中不需要的有（填器材料序號），本實驗中還需用到的器材有o

（2）實驗中，電源接變壓器原線圈"0"、"8〃接線柱，副線圈接"0"、"4"接線柱，當副線圈所接電表的示數

為4.0V,若變壓器是理想變壓器，則原線圈的電壓應為o

A.12.0VB.10.0VC.8.0VD.2.0VE.2.5V

（3）組裝變壓器時，李輝同學沒有將鐵芯閉合，如圖所示，原線圈接8.0V的學生電源，原副線圈的匝數比

為8：1,副線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的實際讀數可能是o

A.0VB.0.7VC.1.0VD.64.0V

（4）用匝數加=400匝和〃產800匝的變壓器,實驗測量數據如表:

UaN1.802.803.804.90

"/V4.006.018.029.98

根據測量數據可判斷連接交流電源的原線圈是（填〃“或小,）。

6.壓力傳感器按用途分類主要是壓力監視、壓力測量和壓力控制及轉換成其他量的測量。按供電方式分為

壓阻型和壓電型傳感器，前者是被動供電的，需要有外電源，后者是傳感器自身可以產生電壓，不需要外

加電源。為了探究某壓電型壓力傳感器的輸出電流與其所受正壓力之間的關系，某興趣小組的同學做了如

下實驗，將壓力傳感器水平放置，接入如圖甲所示的電路，其上放置一與壓力傳感器上表面面積接近的平

整薄硬木板（使壓力傳感器上表面受力均勻），電流表是量程為0?1mA、內阻為10Q的靈敏也流表。當在

木板上放置重物時，因為壓力傳感器受到正壓力，其兩端將產生輸出電壓，此時壓力傳感器相當于不計內

阻的電源，記錄放置不同數量的重物產生的壓力尸與此時通過電流表的電流/,并繪制/-尸圖像，已知重

物的質量均相同，壓力傳感器產生的輸出電壓與受到的正壓力成正比.

重物

壓力傳感器

-1=）-

R

圖甲圖乙

（1）測量結束后得到重物個數9所讀的電流表示數之間的關系如表格所示，表中數據中明顯存在錯誤的一

組是第組。（填重物個數，重物個數即為實驗組數）

重物個數〃/個12345

電流表示數//mA0.220.430.60.841.00

（2）根據表格中的數據在圖乙所示坐標系中描繪出電流隨重物個數變化的圖線o圖線不過原點的原

因是0

（3）通過查詢實驗所用壓力傳感器的參數，發現銘牌上的參數顯示其正常工作壓力范圍為（）~5（X）N,對應

輸出電壓范圍為0~5V。而實驗室只提供5個100g的重物，取g=l（）m/s2,若忽略薄硬木板的質量，則要

想使重物全部放入時靈敏電流表恰好滿偏，則電阻R的阻值應為Qo

（4）若將兩個相同的壓力傳感器按圖丙方式放置連接（不計傳感器和薄硬木板的重力），放上相同質量的

重物后，甲、丙兩圖中電流表示數之比為o

7.某同學制作一個簡易的溫控裝置，實驗電路如圖中，繼電器與熱敏電阻尺、滑動變阻器R串聯接在電源

E兩端，當繼電器的電流達到或超過3（）mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現溫控。繼電器的電阻約

為2（）C,熱敏電阻的阻值凡，隨溫度，變化的關系如圖乙所示：

電源

銜鐵七任as

—]?

W

W人R

W

V繼電器

-//℃

EO

甲

（1）提供的實驗器材有：電源E112V）,內阻不計、滑動變阻器及/（0-200C）、滑動變阻器處（0-400Q）.

熱敏電阻凡、繼電器、電阻箱0-999.9C、開關S、導線若干。要啟動繼電器，則電路中的總電阻需滿足：

R維電蜻R+RS①為使該裝置實現對30-80℃之間任一溫度的控制，滑動變阻器R應選用

（選填以或&）o

（2）如果要把溫控裝置設置為50C,應先用電阻箱替代熱敏電阻，把電阻箱數值調至___________Q,閉

合開關，調節滑動變阻器,直至繼電器的銜鐵被吸合.然后斷開開關，再重新把熱敏電阻替換電阻箱.

（3）該溫控裝置在（填"低溫區域”或"高溫區域”）靈敏度更高。甲乙兩位同學就提高該溫控裝

置的靈敏度方案進行了討論：甲同學認為應該換一個24V的電源，電動勢越大越容易驅動電磁繼電器，可

以提高溫控裝置的靈敏度；乙同學則認為應該換一個6V的電源.這樣使繼電器啟動的電阻更小，熱敏電阻

占總電阻的比例增大，其控制效果更好。你認為（填甲或乙）同學的分析更有道理。

8.如圖甲所示為一利用光敏電阻測量儲液罐中液面高度裝置的示意圖。當罐中裝滿液體時，液面與出液口

高度差為力，罐外有一豎直放置的管，管內一側有沿豎直線排列的多個光敏電阻，另一側有一列光強穩定的

光源。液面上一浮塊與一塊遮光板通過定滑輪相連，遮光板可隨浮塊的升降在管內上下運動，光敏電阻的

總長度和遮光板的總長度都為人當儲液罐內裝滿液體時，遮光板的上沿與最下面的光敏電阻的下邊緣等高,

管內的光均勻地照射在光敏電阻上，光敏電阻和儀表相連。現要求設計一電路以利用上述裝置測量液面的

高度。

為將問題簡化，假設管內只有3個光敏電阻R/、&、R3,分別位于管的上端、下端和中央；它們的暗電阻

均為R=10kC,被管內光源照亮時電阻均為R=1.0kC。給定的儀器還有：直流電源E（電動勢為9V,電阻

不計），3個定值電阻，阻值分別為R/=2.5kC,/?5=1.8kQ,&=1.5kC：電壓表V（量程為0~3V,內阻可

視為無窮大），開關一個，導線若干。

要求：當罐內裝滿液體時，電壓表恰好為滿量程。

（1）如圖乙所示為某次電壓表的示數為Vo

（2）選擇合適的定值電阻，在如圖內所示虛線框內畫出電路圖.并用題中給定的符號標明圖中各元件

（3）液面與出液口等高時電壓表的示數為V。（結果保留兩位有效數字）

（4）若管內的光強變暗，使得光敏電阻被照亮時的阻值變為1.2kd則定值電阻的阻值應變為.

便可達到題目要求。（結果保留兩位有效數字）

9.炎熱的夏季，養殖戶用自動控溫通風系統對養殖場進行控溫。要求當養殖場內的溫度升高到27回時，通

風系統立即啟動。某同學設計的通風系統工作原理如圖甲所示：虛線框內的兩接線柱間接測溫電阻當

R/兩端的電壓升高到3V時，控制電路恰能啟動通風系統，低于3V時，通風系統立即停止工作。

提供的器材為：

直流電源（電動勢E=5V,內阻忽略不計）；

電阻箱R/、R2（阻值范圍均為0~99999.9。）；

控制電路模塊（電阻可視為無窮大）；

兩測溫電阻R/7、RT2（工作特性分別如圖乙、丙所示）。

根據原理，選擇器材，并完成調試：

（1）圖甲中測溫電阻應選用（選填"&7"或"R/2"）;

（2）接好測溫電阻后，為實現2