2026高考物理第一轮复习：实验十六 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

实验十六探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

学习目标1.通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量

法。2.会处理实验数据，了解实验误差的来源。

■夯实必备知识

原理与器材实验操作注意事项

1.保持原线圈的匝数m

1.在改变学生电源

和电压Ui不变，改变副

电压、线圈匝数前

线圈的匝数“2,研究m

均要先断开电源

1.实验原理对副线圈电压U2的影

开关，再进行操

(1)实验电路图(如图所示)：响。

作。

(1)估计被测电压的大致

2.为了人身安全，

~几11范围，选择多用电表交流

学生电源的电压

电压挡适当量程，若不知

不能超过12V,通

(2)实验方法采用控制变量法道被测电压的大致范围，

电时不能用手接

①"1、U1一定，研究〃2和。2的关则应选择交流电压挡的

触裸露的导线和

系。最大量程进行测量。

接线柱。

②〃2、U1一定，研究〃1和。2的关(2)组装可拆变压器：把两

3.为了多用电表的

系。个线圈穿在铁芯上，闭合

安全，使用交流电

2.实验器材铁芯，用交流电压挡测量

压挡测电压时，先

学生电源(低压交流电源，小于输入、输出电压。

用最大量程挡试

12V)1个、可拆变压器1个、多2.保持副线圈的匝数m

测，大致确定被测

用电表1个、导线若干。和原线圈两端的电压Ui

电压后再选用适

不变，研究原线圈的匝数

当的挡位进行测

对副线圈电压的影响，重

量。

复(1)中步骤。

实验数据：由实验数据分析变压器原、副线圈两端电压。1、U2之比与原、副线

圈的匝数“1、“2之比的关系。

实验结论：原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比。

■研透核心考点

例1某实验小组用如图1所示电路探究“变压器的电压与匝数的关系”，图中变

压器为可拆变压器。

甲可拆变压器零部件乙组装后的变压器

图1

实验提供的器材有

A.mu多节干电池

C.直流电压表

(1)电源应选________,测量电压应选_________(均选填字母代号)。

(2)若用匝数2Vi=100匝和N2=200匝的变压器做实验，在原线圈Ni的两端分别

加上2V、4V、6V和8V的电压，测量出副线圈两端的相应的电压，记录在下

面的表格中。表格中第2次实验，副线圈上电压的示数如图2所示，电压量程为

0〜10V交流电压挡，读数为,并计算出此次实验Ui：。2=

图2

实验次数1234

U1/V2468

UilN3.911.815.7

Ui

1：1.951：1.971：1.96

。2

(3)实验可得结论______________________________________________________

(4)导致实验误差的原因可能是o

A.原线圈所加电压小

B.变压器的铁芯漏磁

C.变压器的铁芯产生涡流

答案(1)BD(2)7.801：1.95(3)在误差允许的范围内，理想变压器的原线

圈与副线圈的电压之比等于线圈匝数之比(4)BC

解析(1)实验需要提供交流电源，干电池只能提供直流电源，所以电源应选学生

电源。

实验中要测量的是交流电压，故不能选直流电压表，只能选用多用电表。

(2)电压量程为0〜10V交流电压挡，交流电压读数为7.80V,则此次实验中Ui：Ui

=1：1.95o

⑶原、副线圈匝数之比为患=；,根据实验数据可得，在误差允许的范围内，理

想变压器的原线圈与副线圈的电压之比等于线圈匝数之比。

(4)原线圈输入电压大小不会影响电压比和匝数比，故A错误；变压器的铁芯漏磁

使得能量损耗，从而导致电压比与匝数比有差别，故B正确；变压器的铁芯产生

涡流使得能量损耗，从而会导致电压比与匝数比有差别，故C正确。

例2⑴为探究变压器两个线圈的电压与匝数关系，张明同学设计了如图3所示的

实验电路，操作步骤如下：

图3

A.将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤;

B.将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，

接上小灯泡；

C.闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;

D.将两个线圈套到可拆变器的铁芯上；

①以上操作的合理顺序是（填步骤前的字母代号）；

②在实验中，当原线圈匝数〃1=1600匝，副线圈匝数〃2=400匝时，若原线圈两

端电压为8V,则副线圈两端电压为2V；原、副线圈对调后，原线圈两端电压为

3V,副线圈两端电压为12V,那么可初步确定，变压器原、副线圈的电压Ui、

。2与原、副线圈匝数”1、“2的关系是（填写字母关系式）。

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.o

A.控制变量法B.等效替代法C.整体隔离法

（2）另一个同学在做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验时，忘记

把图4甲中的变压器铁芯A组装到变压器铁芯B上，组装后的变压器如图4乙所

示，在铁芯上的原、副线圈匝数分别为加=1000匝和〃2=500匝，原线圈两端与

M=10&sin（IOOTT?）V的交流电源相连，则副线圈两端电压的有效值可能是

变压器铁芯B

甲乙

图4

A.1OV2VB.lV

C.5VD.10V

答案⑴①DBCA脸=今③A(2)B

解析（1）①在探究变压器两个线圈的电压与匝数关系实验中，操作的合理顺序应

该是DBCA。

②根据题中所给数据可得翳=%襦=磊，由此可知，变压器原、副线圈的

4UU21oUU12

电压Ui、。2与原、副线圈匝数m、"2的关系是卷=今。

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，故A正确。

(2)原线圈两端与M=l(h/2sin(lOOnOV的交流电源相连，则原线圈电压的有效值为

。尸?=10V,在不考虑漏磁的情况下，有会=会，可得。2=5V,由于没有将

铁芯正常组装，则副线圈两端的有效值会比计算值更小，故A、C、D错误，B

正确。

■跟踪训练

1.有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图5甲所示。它有两个外观

基本相同的线圈A、3(内部导线电阻率、横截面积相同)，线圈外部还可以再绕线

圈。

(1)某同学用多用电表的“XI”欧姆挡先后测量了A、5线圈的电阻值，指针分别

对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为Q,由此可推断

(选填"A”或"3”)线圈的匝数较多。

甲乙

图5

(2)如果把该变压器看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一

根足够长绝缘导线，一只多用电表和低压交流电源。请完成以下实验步骤：

①用绝缘导线在线圈B上绕制n匝线圈；

②将A线圈与低压交流电源相连接；

③用多用电表的“交流电压”挡分别测量A线圈的输入电压〃和(选填

“绕制”或“3”)线圈的输出电压U-,

④则A线圈的匝数为(用已知和测得量的符号表示)。

答案⑴24A(2)③绕制④,

解析(1)多用电表欧姆挡读数=指针指示值X倍率。a的读数为24,倍率为

“XI”，所以A线圈的电阻为24Q。根据电阻定律，导线越长，电阻越大，因

为A的电阻比3大，所以A线圈匝数多。

(2)③因为要测量A线圈匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接。变压器输

入、输出电压都是交变电压，所以要用交流电压挡测绕制线圈的输出电压

④根据变压器电压比等于匝数比，有号=£，所以枢=,。

2.小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题:

(1)本实验中需要测量电压，则在如图6所示的器材中，应________0

310

।----------11______1

Qy,丫畲

M'-500

__________25X5A2—loY一®

._/

甲乙

图6

A.选甲图中的器材B.选乙图中的器材

C.都可以选D.都不能选

(2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接

入学生电源中的交流电压“6V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13V,

则下列叙述可能符合实际情况的一项是

A.变压器的铁芯没有闭合

B.电压的测量出了问题

C.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝

D.学生电源实际输出电压大于标注的“6V”

(3)用匝数为=100匝和侬=200匝的变压器，实验测量数据如下表。

解析(1)由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电

压，因此选用甲图器材，故A正确，B、C、D错误。

(2)根据理想变压器的原、副线圈的电压与其匝数关系卷=言，若变压器的铁芯没

有闭合，则得出副线圈的电压小于12V,A错误；若是电压的测量出了问题，应

该是小于12V,不应该大于12V,B错误；副线圈实际匝数与标注的“200”不符，

若小于200匝，由以上公式可知，副线圈的电压小于12V,C错误；若学生电源

实际输出电压大于标注的“6V”，由以上公式可知，副线圈的电压可能为13V,D

正确。

(3)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、导线发热等因素影响，判断出。2为原线圈上电压大小,

则接电源的是侬。

■提升素养能力(限时：25分钟)

1.(2024.重庆高三月考)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，

某同学利用可拆变压器来进行探究。可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不

同匝数的线圈。

(1)为了保证实验能够安全进行，下列说法正确的是。

A.实验中选取的电源为低压直流电源，电压不超过12V

B.因为电源为低压电源，通电时可以用手接触裸露的导线和接线柱

C.连接好线路后可以先直接接通电路，根据电路的反应来确认电路是否连接正确

或者排查电路故障

D.为了保护交流电压表，测电压时先用最大量程挡试测

⑵在测量交流电源的电压时，用仪器测量的电压是交流电压的(填“瞬

时”“有效”或“最大”)值。

⑶在该同学的实验报告中，已知电源连接的线圈匝数记录为m匝，电源电压为

Ui。我们看到数据表格中某一列缺失的实验数据可能为o

第左次实验〃1/匝〃2/匝U1/VUi/N

34002008.00

A.4.00B.3.95

C.4.02

答案(1)D(2)有效(3)B

解析(1)实验中选取电源为低压交流电源，故A错误；即使电源为低压电源，通

电时也不可以用手接触裸露的导线和接线柱，故B错误；连接好线路后要检查电

路正确连接才可以通电，故C错误；为了保护交流电压表，测电压时先用最大量

程挡试测，故D正确。

(2)交流电压表测量的是交流电压的有效值。

(3)若为理想变压器，则有信=/，解得。2=/UI=/X8.00V=4.00V,由于实

际中变压器有铜损和铁损，变压器副线圈处所测量的电压会小于理论值。故选B。

2.一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某同学想用所学变压器的知识

测定两线圈的匝数。

(1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压_______(填“直流”

或“交流”)电源。

(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C,然后将简易变压器的A、5两

线圈依次接电源，用电压表分别测出线圈A、线圈3及线圈C两端的电压，记录

在下面的表格中，则线圈A的匝数为________匝，线圈5的匝数为________匝。

A线圈电压3线圈电压C线圈电压

8.0V3.8V0.2V

(3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线圈C的匝数应该(填“多

一些”“少一些”)更好。

答案⑴交流(2)400190(3)多一些

解析(1)需要选用低压交流电源。

(2)根据变压器原理有言=言

解得nA=^nc

400匝

同理有段=梦

解得nB=^nc

190匝。

...laLj-JTIAUA

（3）根据汇=%,可知C的匝数越多，C的电压示数越大，测量更准确，故线圈C

的匝数应该多一些。

3.（1）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，下列器材在实验

中不必用到的有

IXOO1Jl\I,1

ABCD

⑵若在实验中用匝数M=400匝和M=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o

实验次数1234

Ui/V0.901.401.902.40

U21V2.003.014.025.02

A.Ni一定是原线圈B.M一定是原线圈

C.M可能是副线圈D.N2可能是副线圈

答案（1）AC（2）B

解析（1）该实验要用低压交流电源和交流电表，所以不需要干电池和滑动变阻器。

故选A、Co

⑵已知Ni=400匝和赴=800匝，表格中每组数据都可以看出电压之比尹＜的=4，

U2/V22

由此可知此变压器不是理想变压器，原因是漏磁从而导致匝数比变大，M一定是

原线圈，M一定是副线圈，故选B。

4.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，李辉同学采用了如图1

所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“X100匝”

的匝数。