探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验（解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点讲义与真题模拟题练习

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第十六章交变电流、传感器和电磁波

专题97探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验

第一部分知识点精讲

一、实验目的

探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。

二、实验原理

1.实验电路图，如图所示。

2.实验方法采用控制变量法：

（1）"∣一定，研究"2和t⅛的关系。

（2）"2一定，研究"1和S的关系。

三'实验器材

学生电源（低压交流，小于12V）l个、可拆变压器1个（如图所示）、多用表（交流电压挡）1

个、导线若干。

甲可拆变压器零部件乙组装后的变压器

四、实验步骤

1.如图所示，连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。

2.保持原线圈匝数不变，用多用电表电压挡测量原线圈电压，并记录在表格中。

3.改变副线圈匝数，用多用电表分别测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记

录在表格中。

4.保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，重复步骤2、3。

五、数据处理

1.将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表

原线圈副线圈原线圈副线圈

n∖U1

U

匝数知匝数"2电压Ul电压U22

10()3002V

1004002V

3004004V

4004006V

4001008V

4001004V

2.由表格数据得出结论

（1）当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大。进一

步研究可知，副线圈电压与副线圈匝数成正比。

（2）当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小。

进一步研究可知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。

六、误差分析

1.由于漏磁，通过原、副线圈每一匝的磁通量不严格相等造成误差。

2.原、副线圈有电阻，原、副线圈中的焦耳热损耗（铜损），造成误差。

3.铁芯中有磁损耗，产生涡流，造成误差。

4.电表的读数存在误差。

七、注意事项

1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。

2.为了人身安全,学生电源的电压不能超过12V,不能用手接触裸露的导线和接线柱。

3.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定

被测电压后再选用适当的挡位进行测量。

第二部分最新高考题精选

1.（2021年1月浙江选考）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实

验中，可拆变压器如图4所示。为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相

互绝缘的硅钢片平行叠成。硅钢片应平行于（单选）。

A.平面abedB.平面abfe

C.平面abghD.平面aehd

第1«题图4

【参考答案】D

【名师解析】为了减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应平行于平面aehd,

这样可以增大硅钢片的电阻，减小涡流损失，选项D正确。

2.（2017年4月浙江选考）（1）为完成“探究变压器线圈两端的电压与匝

数的关系''的实验，必须要选用的是（多选）。

A.有闭合铁芯的原副线圈；B.无铁芯的原副线圈

C.交流电源；D.直流电源；

E.多用电表（交流电压档）F.多用电表（交流电流档）

用匝数na=60匝和rtb=120匝的变压器，实验测量数据如下表，

Ua/V1.802.803.804.90

Ub/V4.006.018.029.98

根据测量数据可判断连接电源的线圈是（填或〃b）

【参考答案】（I）ACEnb

【名师解析】（1）变压器的原理是互感现象的应用.是原线圈磁场的变化引起副线

圈感应电流的变化，如果原线圈中通的是直流电源.则副线圈中不会有感应电流

产生.题意为探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系.需要测量电压J所以需要

一个测电压的仪器，所以需要的器材有A、有闭合铁芯的原副线圈:e交流电源E

多用电表哎交流电压档;根据题意.电压比与匝数比不相等.可知该变压器为非理

想变压器，考虑到变压器有漏磁铁芯发热、导线发热等影晌判断出Ub为原线

圈上电压大小，则判断出：〃b接的是电源.

第三部分最新模拟题精选

1.(2022山东聊城重点高中质检)某实验小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关

系“，可拆变压器如图所示。

甲可拆变压器零部件乙组装后的变压器

(1)以下给出的器材中，本实验需要用到的是：

(2)关于本实验，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.因为使用的电压较低，通电时可直接用手接触裸露的导线进行连接

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

D.变压器开始正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈

(3)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横档的

铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计

【参考答案】①∙BD②.C③.D

【名师解析】

(I)UJ实验中需要用学生电源的交流输出端；需要多用电表的交流档；不需要干电池以及

直流电压表。故选BD。

(2)[2]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.即使使用的电压较低，通电时也不可直接用手接触裸露的导线进行连接，况且这样无形

之中，将人体并联电路中，导致所测数据不准确，选项B错误；

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.变压器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，选项D错误。

故选Co

(3)[3]为了减小涡流引起的热损，同时又为了防止磁漏，变压器的铁芯采用硅钢片叠加而

成。作为横档的铁芯Q的硅钢片应该与下面的硅钢片平行，故ABC错误，D正确。

2.(2022北京朝阳二模)某实验小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”，

可拆变压器如图所示。

变压器铁芯P

线圈喙,芯Q≡jt⅛∙

甲可拆变压器零部件乙组装后的变压器

(1)以下给出的器材中，本实验需要用到的是；

(2)关于本实验，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.因为使用的电压较低，通电时可直接用手接触裸露的导线进行连接

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

D.变压器开始正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈

(3)某次实验中，用匝数〃“=400匝和%=800匝的线圈实验，测量的数据如下表所示,

下列说法中正确的是—

UaN1.802.803.804.90

WV4.006.018.029.98

A.原线圈的匝数为用较粗导线绕制B.副线圈的匝数为〃“，用较细导线绕制

C.原线圈的匝数为电，用较细导线绕制D.副线圈的匝数为阳，用较粗导线绕制

(4)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横档的

铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计。

【参考答案】(1)BD(2).C(3).C(4).D

【名师解析】

(1)实验中变压器原线圈需要输入交流电压，而干电池只能输出恒定直流电压，学生电源

可以输出交流电压，故A不符合题意，B符合题意；.实验中变压器副线圈输出交流电压,

而实验室用电压表只能测量直流电压，多用电表可以测量交流电压，故C不符合题意，D

符合题意。

(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，从而使副线圈输出电压较

低，故A错误；

虽然使用的电压较低，但实验中仍有可能出现错接或者短路等情况发生，为了人身安全，通

电时不能用手接触裸露的导线进行连接，故B错误；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，故C正确；互感现象是变

压器的工作基础，电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，

铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，因此变压器是通过铁

芯传导磁路将电能从原线圈传递到副线圈，故D错误。

(3)[3]由表格数据可知

Utlna

考虑到实验中所用变压器并非理想变压器，即存在功率损失，使得原、副线圈电压之比大于

匝数比，所以原线圈的匝数为副线圈的匝数为〃"，而副线圈电压较小，电流较大，所

以为了尽量减少能量损失，副线圈所用导线应比原线圈粗，故ABD错误，C正确。

（4）[4]由于变压器工作时会在铁芯。中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损

失，应尽可能使铁芯。中不产生较大的涡流，如图所示，应通过相互绝缘的硅钢片使平行

于efgh的各平面和平行于abfe的各平面都不能形成闭合回路，所以作为横档的铁芯Q的硅

b

钢片应按照平行于“以e平面的形式设计。故选D。αΓ

z∙

√L

3.（2022浙江湖州期末）在探究变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系实验中，某同学

利用如图所示可拆式变压器进行研究。

（1）实验还需要的器材是

A.直流电压表B.小灯泡C.多用电表D.条形磁铁

（2）正确选择器材后，将图中变压器的原线圈接线柱0、4与电源输出端相连，选择开关置

于5.0V挡（如图），副线圈0、8接线柱所接电表的示数是。

A.20.0VB.10.0VC.5.0VD.0

【参考答案】（I）.C（2）.D

【名师解析】

（I）IIl变压器的原理是互感现象，实验中需要测量交流电压的仪器，故选择多用电表。

故选Co

（2）[2]依题意，原线圈连接的电压为直流电压，因此副线圈两端电压为0。

4.（8分）（2021山东德州期末）在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可

拆变压器如图所示。

O2006ΘOOS14006OwOS3

（1）变压器铁芯的结构和材料是；（填字母代号）

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）为了人身安全，实验中交流电源的电压不要超过;（填字母代号）

A.2VB.12VC.5OVD.72V

（3）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验

中需要运用的科学方法是;（填字母代号）

A.控制变量法B.等效替代法C.类比法

（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o（填

字母代号）

A.原、副线圈上通过的电流发热

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

【参考答案】.（1）D（2）B（3）A（4）D（每空2分）

【名师解析】（1）变压器铁芯必须满足磁的良导体和尽可能减小涡流损失，所以变压器铁

芯的结构和材料是变压器铁芯，选项D正确。（2）根据安全电压为36V,可知为了人身安

全，实验中交流电源的电压不要超过26V,选项B正确：（3）本实验要通过改变原、副线

圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量

法，选项A正确；（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

可能为线圈电阻通过电流发热，铁芯产生涡流发热，铁芯漏磁。原因不可能为D。

5.（2020年6月北京海淀二模）某小组用如图5甲所示的可拆变压器探究变压器原、副

线圈两端的电压与匝数之间的关系，在实验时组装的变压器如图5乙所示。在铁芯上原、副

线圈接入的匝数分别为〃∣=8OO匝和”2=200匝，原线圈两端与正弦式交流电源相连，用交流

电压表测得原、副线圈两端的电压分别为IOV和O.8V,这与其他小组的正确实验结论明显

不一致。对于这个小组实验结论出现明显偏差的原因，最有可能的是

铁芯A

甲

图5

A,副线圈的匝数太少

B.副线圈的电阻太小

C.原线圈的匝数太多，电阻过大

D.没有将铁芯B安装在铁芯A上

【参考答案】D

【名师解析】理想变压器的铁芯必须构成闭合磁路这个小组实验结论出现明显偏差的原因，

最有可能的是没有将铁芯B安装在铁芯A上，导致通过副线圈n2的磁通量减少，副线圈两

端的电压减小，选项D正确。

6.(6分)(2020百校联盟质检)实验室中有一台铭牌模糊的可拆卸式变压器,如图所示,该变压

器可近似看做理想变压器。某同学欲测量它的初级、次级线圈匝数:先在闭合铁芯的上端铁

辗处紧密缠绕100匝

漆包细铜线,并将细铜线两端与理想交流电压表构成闭合回路。

(1)在次级线圈左、右两端的接线柱上输人12V低压交流电压，理想交流电压表示数为6.0

V,则次级线圈的匝数为_____匝；在初级线圈左、右两端的接线柱上输人12V低压交流电

压,理想交流电压表示数为3.0V,则初级线圈的匝数为匝。

(2)若初级线圈左、右两端接线柱接人的交变电压瞬时表达式为u=311sinIoOm(V),则与次级

线圈左、右两端接线柱直接相连的理想交流电压表的示数为V。

【参考答案】(1)200400(2)110

【名师解析】(1)在闭合铁芯的上端铁辗处紧密缠绕100匝

漆包细铜线,，即上端铁钝处线圈匝数n=100匝，在次级线圈左、右两端的接线柱上输人

Un

U2=12V低压交流电压，理想交流电压表示数为U=6.0V,由一=一可知，次级线圈的

匝数∏2=200匝。

在初级线圈左、右两端的接线柱上输人U1=12V低压交流电压,理想交流电压表示数为U=3.0

V,由必U■=」n•可知，则初级线圈的匝数为n∣=400匝。

Un

（2）因交流电压表示数为电压有效值，该变压器初级、次级线圈的匝数比为2：1,由4

=3L可知，与次级线圈左右两端接线柱直接相连的理想电压表的示数为IloV。

7.（2020浙江名校联盟模拟）小沈在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验

中，变压器所用接线柱为“0,400”和“0,800“，测得实验测量数据如下表:

Ui/V1.802.803.804.90

(72/V4.006.018.029.98

①根据测量数据可判断连接电源的线圈是▲（选填“0,400”或“0,80（F）

②实验时，小沈听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，他做出如下猜想，正确的是▲

A.“嗡嗡”声来自交变电流在线圈中产生变化磁

场时发出的B.“嗡嗡”声来自副线圈中电流流

动的声音

C.交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声

D.若去掉铁芯，“嗡嗡”声马上消失，也能完成“探究变压器线圈两端的电压

与匝数的关系”实验

【参考答案】①0,800②C

【名师解析】①由于实际的可拆变压器由铜损和铁损，漏磁等，导致副线圈输出

电压小于理想变压器输出电压，因此根据测量数据可判断电流表U2测量的是电

源电压，连接电源的线圈是“0,800”。

②听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，其原因是交变电流的磁场对铁芯有吸、斥

作用，使铁芯振动发声，选项AB错误C正确；若去掉铁芯，“嗡嗡”声马上消失，变压器

中没有磁路，就不能完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，选项D错误。

8.（2019浙江温州九校联考）

（I）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验中不必用到

（2）若在实验中用匝数N∣=400匝和N2=800匝的变压器,对应的电压测量数据如表所示。

根据测量数据，下列说法正确的是

实蛉次数1234

UlZV0.901.401.902.40

U2/V2.003.014.025.02

A.N∣一定是原线圈B.N?一定是原线圈

C.Nl可能是副线圈D.N?可能是副线圈

【参考答案】（1）AC（2）B

【名师解析】

（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系''的实验中，不能使用直流电源,

不必用到干电池，不必用到滑动变阻器。所以不用A和C。（2）根据变压器的变压比

力=I和表格数据可知，由于线圈有电阻，变压器有漏磁、电压损失，所以N2一定是

原线圈，N∣一定是副线圈，选项B正确。

9.（2019浙江联考）在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图

21乙所示的可拆式变压器（铁芯不闭合）进行研究

①实验还需下列器材中的（多选）；

甲乙

图21

②实验中，上图中变压器的原线圈接“0;8”接线柱，副线圈接线“0；4”接线柱，当副线

圈所接电表的示数为5.0V,则所接电源电压挡位为o

A.18.0VB.12.0VC.5.0VD.2.5V

【参考答案】⑴①2.025②g=7：Tr

(2)①AD②A

【名师解析】

①变压器的原理是互感现象，原线圈中接交流电源时，变压器原副线圈两端的电压与匝数的

关系皆=手，需要测电压，所以需要一个测电压的仪器，选项A、D正确，B、C错误。

U2

②若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系"=称

U2九2

若变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接线“0；4"接线柱，当副线圈所接电表的示

Q

数为5.0V,那么原线圈的电压为Ul=WX5V=IOV;

如今可拆式变压器(铁芯不闭合)，要使副线圈所接电表的示数为5.0V,那么原线圈的电压

必须远大于10V,选项A正确，B、C,D错误。

10在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中：

(1)原线圈中接入的电源是；

A.接入电压为220V交流电源

B.接入学生电源12V以下直流输出端

C.接入学生电源12V以下交流输出端

(2)对于实验过程，下列说法正确的是o

A.为便于探究，应该采用控制变量法

B.因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路

C.使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量

【名师解析】(1)做“探究变压器原、副线图电压与匝数的关系”实验时，为了人身

安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12V,故A、B错误，C正确。

(2)“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验`中，为便于探究，应该采用控

制变量法，故A正确：实验通电时，即使电压不超过12V,因人的身体素质不同，也存在

人身安全问题，因此不能用手接触裸露的导线、接线柱，故B错误；使用多用电表测电压

时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。

【参考答案】(DC(2)A

H在'’探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中：

(1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是()

A.为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12V

B.连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直接接通电源

C.因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱

D.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测

(2)多用电表刻度盘上交流电压的刻度是(选填“均匀”或“不均匀”)的。

(3)某实验小组通过实验，记录的数据如表所示。

原线圈匝数匝)100200400400

副线圈匝数小(匝)400400200800

原线圈两端的电压Ul(V)1.964.908.004.86

副线圈两端的电压S(V)7.809.763.909.64

通过分析实验数据可得出的实验结论是。

(4)一次实验中,变压器原、副线圈的匝数分别为400匝和200匝,测得的电压分别为8.00

V和3.90V,据此可知电压比与匝数比并不相等，主要原因是(至少说出

两个原因)。

【名师解析】(1)变压器改变的是交流电压，为了人身安全，原线圈两端只能使用低

压交流电源，所用电压不超过12V,A错误。实验通电前，必须要检查电路是否正确；通

电时，不要用手接触裸露的导线、接线柱，确保人身安全，B、C错误。使用多用电表测电

压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。

(2)由多用电表的表盘可知，多用电表刻度盘上交流电压的刻度是不均匀的。

(3)通过分析实险数据可得出实验结论：在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压

比等于匝数比。

(4)电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等，另

外，多用电表的精度与读数误差也是一个影响因素。

【参考答案】(I)D(2)不均匀

(3)在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比(4)有漏磁、铁芯发热

12有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个线圈A、B(内部导线电阻率、

横截面积相同)，线圈外部还可以绕线。

(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A,B线圈中“0,14”“0,4”的电阻值，指

针分别对应图乙中的位置，则A线圈的电阻为Ω,由此可推断(选填“A”

或“B”)线圈的总匝数较多。

(2)如果把它看作理想变压器，现要测量A线圈的总匝数，提供的器材有：一根足够长

的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请完成实验步骤的填空：

①用绝缘导线在B线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；

②将(选填"A”或"B”)全部线圈与低压交流电源相连接；

③用多用电表的挡分别测量A线圈的中“0,14”间的电压UA和绕制线圈的电压

U‹,

④则A线圈的总匝数为o

【名师解析】(1)由多用电表