資源簡介

(共64張PPT)
第三章　交變電流
3. 變壓器
第2課時　探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系
第*頁
研習任務一　實驗原理與操作
教材　認知
1. 實驗目的
研究變壓器原、副線圈電壓與線圈匝數間的定量關系.
2. 實驗器材
可拆變壓器、低壓交流電源、多用電表、帶夾的導線.
3. 實驗原理與設計
當交流電壓接入原線圈時，它所產生的變化的磁場就會在副線圈中產生感應電動勢.
采用控制變量法（原線圈輸入的電壓是一定的）：
（1）n1一定，研究n2和U2的關系.
（2）n2一定，研究n1和U2的關系.
4. 實驗步驟
（1）保持原線圈的匝數n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數n2，研究n2對副線圈電壓 U2的影響.實物接線如圖所示.
①選擇n1＝400，用導線將變壓器原線圈接在學生電源的交流輸出接線柱上.
②調節學生電源的選擇開關，使原線圈兩端電壓為5 V，如圖甲所示.
③將多用電表與副線圈200匝的接線柱相連接，如圖乙所示，讀出副線圈兩端的電 壓，將數據計入表格一中.
④保持n1＝400匝，U1＝5 V不變，將多用電表與副線圈800匝的接線柱相連接，如圖 丙所示.讀出副線圈兩端的電壓，將數據計入表格一中.
⑤保持n1＝400匝、U1＝5 V不變，將多用電表與副線圈1 400匝的接線柱相連接，如圖 丁所示.讀出副線圈兩端的電壓，將數據計入表格一中.
表格一
實驗次數 1 2 3
n2/匝
U2/V
（2）保持副線圈的匝數n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數對副線圈 電壓的影響.
①將（1）中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈.
②選擇n2＝400匝，用導線將變壓器原線圈接在學生電源的交流輸出接線柱上.
③將選擇開關撥至5 V擋.
④將連接電源的兩根導線與原線圈n1＝200匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電 壓，將數據計入表格二中.
⑤保持n2＝400匝，U1＝5 V不變，將連接電源的兩根導線與原線圈n1＝800匝的接線 柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓，將數據計入表格二中.
⑥保持n2＝400匝，U1＝5 V不變，將連接電源的兩根導線與原線圈n1＝1400匝的接線 柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓，將數據計入表格二中.
表格二
實驗次數 1 2 3
n1/匝
U2/V
⑦拆除實驗線路，整理好實驗器材.
研習　經典
[典例1]　某班物理實驗課上，同學們用可拆變壓器探究變壓器原、副線圈電壓與匝 數的關系.可拆變壓器如圖甲、乙所示.
（1）下列說法正確的是 　.
A. 為確保實驗安全，實驗中要求原線圈匝數小于副線圈匝數
B. 變壓器的原線圈接低壓交流電，測量副線圈電壓時應當用多用電表的“直流 電壓擋”
C. 可以先保持原線圈電壓、匝數不變，改變副線圈的匝數，研究副線圈匝數對副線 圈電壓的影響
D. 測量副線圈電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定電壓后再選用適當的擋位進 行測量
E. 變壓器開始正常工作后，鐵芯導電，把電能由原線圈輸送到副線圈
F. 變壓器開始正常工作后，若不計各種損耗，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”磁場能的作用
CDF
解析：（1）為確保實驗安全，應該降低輸出電壓，實驗中要求原線圈匝數大于副線 圈匝數，故A錯誤；變壓器只能改變交流電的電壓，原線圈輸入交流電壓，副線圈輸 出交流電壓，應用多用電表的“交流電壓擋”測量，故B錯誤；研究變壓器電壓和匝 數的關系，用到控制變量法，可以先保持原線圈電壓、匝數不變，改變副線圈的匝 數，研究副線圈匝數對副線圈電壓的影響，故C正確；為了保護電表，測量副線圈電 壓時，先用最大量程擋試測，大致確定電壓后再選用適當的擋位進行測量，故D正 確；變壓器的工作原理是電磁感應現象，即不計各種損耗，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”磁場能的作用，不是鐵 芯導電，傳輸電能，故E錯誤，F正確.
（2）如圖丙所示，某同學自己繞制了兩個線圈套在可拆變壓器的鐵芯上.原線圈接學 生電源的交流輸出端，副線圈接小燈泡.下列說法正確的是 .
A. 與變壓器未通電時相比較，此時若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力
B. 若僅增加原線圈繞制的圈數，小燈泡的亮度將保持不變
C. 若僅增加副線圈繞制的圈數，學生電源的過載指示燈可能會亮起
解析：（2）與變壓器未通電時相比較，通電時，線圈產生磁性，對橫條鐵芯具有吸 引力，若將可拆變壓器上端的橫條鐵芯取下將更費力，故A正確；增加原線圈繞制的 圈數，根據變壓比可知，輸出電壓減小，燈泡的亮度降低，故B錯誤；增加副線圈繞 制的圈數，根據電壓比可知，輸出電壓增大，根據歐姆定律可知，輸出電流增大，根 據電流比可知，輸入電流增大，學生電源的過載指示燈可能會亮起，故C正確.
AC
名師點評
　　本實驗用的是交流電源，所以一定要用交流電壓表，這也是高中物理中僅有的使 用交流電壓表的實驗.
對應　訓練
1. 在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”的實驗中，實驗室中備有下列可 供選擇的器材：
A. 可拆變壓器（鐵芯、兩個已知匝數的線圈）
B. 條形磁鐵
C. 直流電源
D. 多用電表
E. 開關、導線若干
（1）上述器材在本實驗中不必用到的是 （填器材前的序號）.
解析：（1）由本實驗的實驗原理可知，本實驗不必用到的器材是條形磁鐵和直流電 源，故選BC.
（2）本實驗中還需用到的器材有 .
解析：（2）為使實驗安全，本實驗用到的電源是學生電源，且利用低壓交流擋.
BC　
（低壓）交流電源　
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研習任務二　實驗數據處理與分析及注意事項
教材　認知
1. 實驗數據處理
分析表格一和表格二可知，理想變壓器原、副線圈兩端電壓之比等于兩個線圈的匝數 之比，實驗誤差主要來源于以下幾方面：
（1）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）鐵芯中產生渦流（鐵損），使得鐵芯發熱，造成誤差.
2. 注意事項
（1）在改變學生電源的電壓、線圈匝數前均要先 開關，再進行操作.
（2）為了保證人身安全，學生電源的電壓不能超過 ，通電時不能用手接觸 裸露的導線和接線柱.
（3）為了保證多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用 擋試 測，大致確定被測電壓后再選用適當的擋位進行測量.
斷開　
12 V　
最大量程　
研習　經典
[典例2]　在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗中，用匝數na＝60匝和 nb＝120匝的變壓器，實驗測量數據如下表所示.
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根據測量數據可判斷連接電源的線圈是 （填“na”或“nb”）.
解析：由于存在漏磁，所以副線圈測量電壓值應該小于理論變壓值，即nb為輸入端， na為輸出端.
nb　
對應　訓練
2. 在探究變壓器兩個線圈的電壓關系的實驗中，操作步驟如下：
①將兩個線圈套到可拆變壓器的鐵芯上；
②閉合電源開關，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；
③將匝數較多的一組線圈接到學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；
④將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟.
（1）以上操作的合理順序是 （只填步驟前數字序號）.
解析：（1）在探究變壓器兩個線圈的電壓關系的實驗中，首先將兩個線圈套到可拆 變壓器的鐵芯上；再將匝數較多的一組線圈接到學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；閉合電源開關，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；最后將原線圈與副線圈對調，重復以上步驟，順序為①③②④.
①③②④　

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研習任務三　創新實驗設計
研習　經典
[典例3]　小明同學利用小燈泡定性判斷變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系.按如圖 所示，將長導線按順時針方向一匝一匝地繞在鐵芯的左邊，邊繞邊觀察小燈泡的發光 情況，等小燈泡發出耀眼的強光后，再將導線一匝一匝地退出鐵芯，邊退邊觀察小燈 泡的發光情況.
（1）請分析小明同學觀察到的現象是 .
解析：（2）實驗結論為輸入電壓和原線圈一定時，副線圈匝數越多，獲得的電 壓越高.
小燈泡先慢慢變亮，再慢慢變暗
輸入電壓和原線圈一定時，副線圈匝數越多，獲得的
電壓越高
名師點評
　　學習物理要能分析物理現象，能提出并準確表述可探究的物理問題，將可探究的 物理問題與學過的物理問題相對應，這是一種建模能力.同時要注意提升實驗操作能 力、分析論證能力，有主動注意安全的行為.
對應　訓練
3. 一個教學用的簡易變壓器如圖所示，A、B兩線圈的匝數未知，某同學想用所學變 壓器的知識測定兩線圈的匝數.
（1）為完成該實驗，除了選用交流電壓表、導線外，還需要選用低壓 （填 “直流”或“交流”）電源.
解析：（1）變壓器必須使用交流電源，直流電源不能讓變壓器正常工作.
交流　
（2）該同學在變壓器鐵芯上繞10匝絕緣金屬導線C，然后將A線圈接電源，用電壓表
分別測出線圈A、線圈B及線圈C兩端的電壓，記錄在表格中，則線圈A的匝數 為 匝，線圈B的匝數為 匝.
A線圈電壓 B線圈電壓 C線圈電壓
8.0 V 3.8 V 0.2 V
400　
190　
（3）為減小線圈匝數的測量誤差，你認為繞制線圈C的匝數應該 （填 “多一些”或“少一些”）更好.
解析：（3）為減小線圈匝數的測量誤差，繞制線圈C的匝數應該多一些.
多一些　
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課后提素養 深刻剖析 提升能力
1. 在探究變壓器線圈兩端的電壓和匝數的關系實驗中，可拆變壓器如圖所示.
（1）觀察變壓器的鐵芯，它的結構和材料是 .
A. 整塊硅鋼鐵芯
B. 整塊不銹鋼鐵芯
C. 絕緣的銅片疊成
D. 絕緣的硅鋼片疊成
解析：（1）變壓器的鐵芯是絕緣的硅鋼片疊成的，故選D.
D　
（2）觀察兩個線圈的導線，發現粗細不同，導線粗的線圈匝數 （填“多”或 “少”）.
解析：（2）觀察兩個線圈的導線，發現粗細不同，因為匝數少的電流大、電壓小， 所以導線粗，即導線粗的線圈匝數少.
少　
（3）以下給出的器材中，本實驗需要用到的是 .
BD　
解析：（3）實驗中需要交流電源和交流電壓表（多用電表），不需要干電池和直流 電壓表，故選BD.
（4）為了人身安全，低壓交流電源的電壓不要超過 .
A. 2 V B. 12 V C. 50 V
解析：（4）為了人身安全，低壓交流電源的電壓不要超過12 V，故選B.
B　
（5）實驗中將電源接在原線圈的“0”和“8”兩個接線柱之間，用電表測得副線圈 的“0”和“4”兩個接線柱之間的電壓為3.0 V，則原線圈的輸入電壓可能為 .
A. 1.5 V B. 6.0 V C. 9.0 V
C　
（6）本實驗要通過改變原、副線圈匝數，探究原、副線圈的電壓比與匝數比的關 系，實驗中需要運用的科學方法是 .
A. 控制變量法
B. 等效替代法
C. 整體隔離法
解析：（6）實驗中需要運用的科學方法是控制變量法，故選A.
A　
（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 應圖乙中的a、b位置（a在左、b在右），由此可推斷 （填“A”或“B”）線圈 的匝數較多.
2. 有一個教學用的可拆變壓器，如圖甲所示，它由兩個外觀基本相同和粗細相同的 同種導線繞成的線圈A、B，線圈外部還可以繞線.
解析：（1）從多用電表讀數可知，指針a所指的電阻數值大于指針b所指的電阻數 值，所以A線圈的匝數較多.
A　
（2）如果把它看成理想變壓器，A、B線圈的匝數比為k，則當A線圈接在電壓為U1 的蓄電池兩端以后，B線圈的輸出電壓為 .
解析：（2）蓄電池為直流電源，不會引起B線圈磁通量變化，B線圈無輸出電壓.
（3）如果把它看成理想變壓器，則A、B線圈上的交變電流一定具有相同的 .
A. 電壓 B. 電流 C. 功率
解析：（3）理想變壓器兩端功率相同，所以A、B線圈上的交變電流一定具有相同的 功率，故選C.
0　
C　
（4）現要測量A線圈的匝數，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導線、一只多用電 表和低壓交流電源.實驗步驟如下：
①用長導線繞一個匝數為n的線圈C作為副線圈代替A線圈；
②把低壓交流電源接在B線圈上，測得C線圈的輸出電壓為U；
③用A線圈換下C線圈，測得A線圈的輸出電壓為UA，則線圈A的匝數nA＝ （用物理量n、U、UA表示）.
3. 在探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數之間的關系實驗中，小張同學利用如圖甲所 示可拆變壓器進行研究.
（1）正確選擇器材后，將變壓器的原線圈0、8接線柱與圖乙中學生電源的直流電壓 8.0 V相連，副線圈接0、4接線柱，則副線圈所接電壓表的示數是 　.
A. 16.0 V B. 8.0 V
C. 4.0 V D. 0
D
解析：（1）因為變壓器的原線圈0、8接線柱與直流電壓8.0 V相連，不會發生電磁感 應現象，故可知副線圈接0、4接線柱，其電壓表的示數為0.
（2）小張同學利用多用電表“×10”倍率的電阻擋測量副線圈的電阻，如圖丙所 示，讀數為_____Ω.
圖丙　　
解析：（2）因為小張同學利用多用電表“×10”倍率的電阻擋測量副線圈的電阻， 由題圖丙可知，讀數為55 Ω.
55
4. 實驗室中有一臺銘牌模糊的可拆變壓器，如圖所示，該變壓器
可近似看作理想變壓器.某同學欲測量它的初級、次級線圈匝數.
先在閉合鐵芯的上端鐵軛處緊密纏繞100匝漆包細銅線，并將細銅
線兩端與理想交流電壓表構成閉合回路.
（1）在次級線圈左右兩端的接線柱上輸入12 V低壓交流電壓，理想交流電壓表示數 為60 V，則次級線圈的匝數為 匝；在初級線圈左右兩端的接線柱上輸入12 V低 壓交流電壓，理想交流電壓表示數為30 V，則初級線圈的匝數為 匝.
20　
40　
（2）若初級線圈左右兩端接線柱接入的交變電壓瞬時值表達式為u＝311sin 100πt （V），則與次級線圈左右兩端接線柱直接相連的理想交流電壓表的示數 為 V.
110　
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課時作業（十一）
[基礎訓練]
A. U1＜U2 B. I1＜I2
C. P1＞P2 D. f1＞f2
解析：電磁打點計時器使用的變壓器為降壓變壓器，所以副線圈中電壓小、電流大， 變壓器不改變功率和頻率.
B
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A. 只增加b線圈的匝數，電壓表的示數一定增大
B. 只增加a線圈的匝數，電壓表的示數一定增大
C. 同時增加a、b兩線圈的匝數，電壓表的示數一定增大
D. 只改變a線圈兩端的電壓，電壓表的示數不變
A
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B. 電流表的讀數為1 A
D. 副線圈輸出交流電的周期為50 s
B
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A. 電流表示數為0.2 A
B. 電流表示數為5 A
C. 電壓表示數為4 V
D. 通過電阻R的交變電流的周期為4×10－2 s
AD
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A. A1示數不變，V1示數不變，L1變亮
B. A2示數變大，V2示數變大，L1變暗
C. A1示數變大，變壓器輸出功率變大，A1與A2示數的比值不 變
D. V2示數變大，變壓器輸出功率變大，V1與V2示數的比值不 變
C
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解析：根據理想變壓器的規律可知，理想變壓器原線圈接入電壓的有效值不 變，V1示數不變，則副線圈輸出電壓不變，V2示數不變，V1與V2示數的比值不 變；開關S閉合后，變壓器副線圈的負載電阻減小，V2不變，則燈泡L1的亮度不 變，由歐姆定律可知，副線圈輸出電流變大，即電流表A2示數變大，則變壓器 的輸出功率變大，根據電流比可知，原線圈輸入電流變大，即電流表A1示數變 大，由于理想變壓器滿足P2＝P1，V1與V2示數的比值不變，所以A1與A2示數的 比值不變，故C正確，A、B、D錯誤.
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C
A. 交流電的頻率為0.02 Hz
C. 電阻R2的電功率約為6.67 W
D. 通過R3的電流始終為零
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7. 在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系”實驗中，某同學利用如圖所示可 拆式變壓器（鐵芯不閉合）進行研究.
（1）實驗還需要下列器材中的 .
AD　
解析：（1）探究變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系實驗時要用到交流電壓表，B 是直流電流表，C是直流電壓表，A是多用電表，可以用多用電表的交流電壓擋測電 壓；實驗中為了保證人身安全，輸入電壓不能超過12 V，需要學生電源，故選AD.
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（2）實驗中，圖中變壓器的原線圈接“0、8”接線柱，所接電源電壓為交流10.0 V，副線圈接“0、4”接線柱，則副線圈所接電壓表示數可能是 .
A. 22.0 V B. 15.0 V
C. 5.0 V D. 2.5 V
解析：（2）如果是理想變壓器，則電壓比等于匝數比，輸出電壓為5.0 V，但可拆式 變壓器鐵芯不閉合，存在比較大的漏磁，實際輸出電壓小于5.0 V，故D正確.
D　
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8. 理想變壓器是指在變壓器變壓的過程中，線圈和鐵芯不損耗能量、磁場被束縛在 鐵芯內不外漏的變壓器.現有一個理想變壓器、一個原線圈（匝數為n1）和一個副線 圈（匝數為n2）.甲、乙兩位同學想探究這個理想變壓器的原、副線圈兩端的電壓與 線圈匝數的關系.
（1）甲同學的猜想是U1∶U2＝n1∶n2；乙同學的猜想是U1∶U2＝n2∶n1.你認為猜想 合理的同學是 ，你做出上述判斷所依據的物理規律是 .
解析：（1）由變壓器的工作原理可知，猜想合理的同學是甲同學.做出上述判斷依據 的物理規律是法拉第電磁感應定律.
甲　
法拉第電磁感應定律
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（2）為了驗證理論推導的正確性，可以通過實驗來探究.為保證實驗安全、有效地進 行，應選用 電源.
解析：（2）為了保證實驗安全、有效地進行，應選用低壓（一般低于12 V）交 流電源.
（3）在實驗時，若采用多用電表進行測量，應先將選擇開關置于 擋， 并選用 量程進行試測，大致確定被測數據后，再用適當的量程進行測量.
解析：（3）使用多用電表時，應先將選擇開關置于交流電壓擋，并選用最大量程進 行試測.
低壓（一般低于12 V）交流　
交流電壓　
最大　
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[能力提升]
D
B. 兩點火針間電壓的有效值一定大于5 000 V
C. 在0～0.5×10－2 s時間內，通過原、副線圈
導線橫截面的電荷量相等
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C
A. 這種電流表也能測交流電壓
B. 這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數為0.3 A
C. 這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數為2.7 A
D. 這種電流表能測交流電流，圖（b）中電流表指針周
期性擺動
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A. 10 V　10 V B. 10 V　4 V
C. 4 V　10 V D. 10 V　0
B
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解析：題圖甲是一個自耦變壓器，當A、B作為輸入端，C、D作為輸出端時，是一個 降壓變壓器，兩邊電壓之比等于兩邊線圈的匝數之比，當C、D作為輸入端，A、B作 為輸出端時，是一個升壓變壓器，電壓比也等于匝數比，所以C、D接4 V交流時， A、B間將得到10 V交流.題圖乙是一分壓電路，當M、N作為輸入端時，上、下兩個 電阻上的電壓跟它們的電阻的大小成正比.但是當把電壓加在P、Q兩端時，電流只經 過下面那個電阻，上面的電阻中沒有電流，兩端也就沒有電勢差，即M、P兩點的電 勢相等.所以當P、Q接4 V直流時，M、N兩端的電壓也是4 V.
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12. （2024·濟南高二檢測）如圖為某人設計的電吹風電路圖，a、b、c、d為四個固定 觸點.可動的扇形金屬觸片P可同時接觸兩個觸點.觸片P處于不同位置時，電吹風可 處于停機、吹熱風和吹冷風三種工作狀態.n1和n2分別是理想變壓器原、副線圈的匝 數.該電吹風的各項參數如表所示.
熱風時輸入功率 460 W
冷風時輸入功率 60 W
小風扇額定電壓 60 V
正常工作時小風扇輸出功率 52 W
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（1）吹冷風時觸片P位于怎樣的位置？
答案：（1）觸片P與觸點b、c接觸
解析：（1）當電吹風送出來的是冷風時，電路中只有電動機自己工作，觸片P與觸點 b、c接觸.
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（2）由表格中數據計算出小風扇的內阻是多少？
答案：（2）8 Ω
解得小風扇的內阻是r＝8 Ω.
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（3）變壓器原、副線圈的匝數比n1∶n2是多少？
答案：（3）11∶3
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