第13章　第71讲　实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系-2027版高考物理一轮复习课件

第十三章交变电流电磁振荡和电磁波传感器第71讲实验十五探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系学习目标命题热点(1)会用实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，体会控制变量法。(2)能根据变压器原理分析实验误差产生的原因。教材原型实验主要考查实验仪器、数据处理、实验操作和误差分析；创新实验主要考查利用变压器原副线圈电压和匝数的关系通过实验得出原副线圈匝数。考点一考点二提能训练练案[71]考点一教材原型实验一、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)n1、U1一定，研究n2和U2的关系。(2)n2、U1一定，研究n1和U2的关系。二、实验器材学生电源(低压交流电源，小于12V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干。三、实验过程1．保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。(1)估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量。(2)组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压。2．保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数n1对副线圈电压U2的影响，重复1中步骤。四、数据记录与处理次序n1(匝)n2(匝)n1∶n2U1(V)U2(V)U1∶U21

2

3

4

五、注意事项1．在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作。2．为了人身安全，学生电源的电压不能超过12V，通电时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。变压器原理、实验仪器、数据处理和误差分析考向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。实验提供的器材有(1)电源应选________，测量电压应选________(均选填字母代号)。(2)下列说法正确的是________。A．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈B．变压器工作时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”能量的作用C．理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同D．变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零(3)若用匝数N1＝100匝和N2＝200匝的变压器做实验，在原线圈N1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，多用电表选择量程为0～10V交流电压挡，读数为_____，并计算出此次实验U1∶U2＝________。实验次数1234U1/V2468U2/V3.9

11.815.71∶1.95

1∶1.971∶1.96(4)实验可得结论_____________________________________________________________________。(5)导致实验误差的原因可能是________。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)B

D

(2)BC

(3)7.9

1∶1.98

(4)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(5)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)变压器是通过互感工作的，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时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”能量的作用，故B正确；理想变压器的原、副线圈通过铁芯共用同一个磁场，则两线圈的磁通量总是相同，磁通量的变化率也相同，故C正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不变，故D错误。(3)多用电表选择量程为0～10V交流电压挡，交流电压读数为7.9V，则此次实验中U1∶U2＝1∶1.98。(5)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。实验注意事项和实验操作的考查考向2在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”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12VB．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)某同学在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；②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；

③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；④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号)。[答案]

(1)D

(2)①③②④[解析]

(1)为了人身安全，只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V，故A错误；连接好电路后，要先检查电路是否正确，然后再接通电源，故B错误；通电时，不可直接用手接触裸露的导线、接线柱，否则会在无形之中将人体连在电路中，导致所测数据不准确，同时也有安全隐患，故C错误；为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，应先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。(2)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再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；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；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。故合理的顺序是①③②④。考点二创新实验提升

(2026·山东淄博期末联考)如图所示，小齐同学从家里旧电器上拆得一环形变压器，但变压器的铭牌已经污损无法看清参数。该同学想利用高中所学知识来测量该变压器原、副线圈的匝数。(1)结合铭牌残存数据可知图甲中1、2为原线圈接线端，3、4为副线圈接线端，用多用电表电阻挡测量发现都导通；(2)先在该变压器闭合铁芯上紧密缠绕n＝100匝漆包细铜线A，并在铜线A两端输入峰值为560mV的交流电；(4)考虑到变压器工作时有漏磁损失，实验中测得的副线圈匝数____(填“大于”“等于”或“小于”)副线圈的实际匝数。[答案]

(3)50

50

200

(4)小于(4)变压器工作时有漏磁损失，会造成副线圈电压测量值比实际值小，故实验中测得的副线圈匝数小于副线圈的实际匝数。提能训练练案[71]1．(2026·辽宁大连联考)某学习小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。图甲为变压器实物图，在原线圈两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压。请回答下列问题：(1)观察甲图中变压器的横梁，它的结构和材料是________。A．硬塑料片叠成

B．绝缘的硅钢片叠成C．质地坚硬的大理石

D．长方形铁块(2)原线圈两端应与图乙中的_______(填“a、b”或“c、d”)连接。(3)小宁同学将原线圈0、4接线柱与图乙中的a、b端相连，选择开关置于6V；电压表与副线圈0、8接线柱相连，则电压表的示数为_____。A．48.0V B．24.0VC．12.0V D．0(4)小宣同学选择n1＝100匝和n2＝200匝两组线圈进行实验，正确接线后原线圈(n1匝)两端的输入电压为8V，与副线圈相连的电压表指针位置如图丙所示，则电压读数为________V。[答案]

(1)B

(2)c、d

(3)D

(4)13.0

(5)不同意。这是因为教学用可拆变压器不是理想变压器，工作时有能量损耗，如线圈通过电流时会发热，铁芯中产生涡流也会发热，交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内，故不能因实际实验误差否定原理。[解析]

(1)变压器的横梁是由绝缘的硅钢片叠成，用来增强磁场，同时减少涡流损耗。故选B。(2)原线圈两端应接交变电流，故与c、d连接。(3)小宁同学将原线圈0、4接线柱与图乙中的a、b端相连，即与直流电连接，变压器不能工作，即输出电压为0，电压表示数为0。故选D。考虑到漏磁现象，可知电压表读数应小于16V，可知电压表量程选择了0～15V，该量程电压表最小分度值为0.5V，读数保留到十分位，故读数为13.0V。(5)不同意。这是因为教学用可拆变压器不是理想变压器，工作时有能量损耗，如线圈通过电流时会发热，铁芯中产生涡流也会发热，交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内，故不能因实际实验误差否定原理。2．(2026·四川眉山期末联考)某学习小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。(1)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________；A．控制变量法

B．等效替代法C．整体隔离法

D．微元求和法(2)学习小组中小明先将图1中的零件组装成图2中的变压器，再将原线圈接在交流电源上，之后再将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈输出电压U2随时间t变化的图像如图3所示，在保证安全的前提下，小明可能在t1～t2时间内进行的操作是________。A．减少了原线圈的匝数

B．拔掉了变压器铁芯QC．减小了交流电源的频率

D．增大了原线圈的输入电压(3)学习小组中的小华在实验过程中，选择不同的变压器的原、副线圈匝数，利用电压传感器测量相应电压(N1、N2上电压分别为U1、U2)，记录如下表所示，由数据可知N1一定是________线圈的匝数(填“原”或“副”)。N1/匝100100200200N2/匝200400400800U1/V1.502.124.985.66U2/V2.958.329.9222.58(4)学习小组中的小文在实验室中找到了一只标有“220V/11V”的变压器，如图4所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、b引线比c、d引线粗。在没有相应的说明书情况下，他应该把引线________接交流“220V”(选填“a、b”或“c、d”)。[答案]

(1)A

(2)B

(3)原(4)c、d[解析]

(1)根据实验原理可知，实验中需要运用的科学方法是控制变量法。故选A。(2)由图知，t1时刻前的电压值大于t2时刻后的电压值，而周期不变，如果减少了原线圈的匝数，或增大了原线圈的输入电压，副线圈输出电压U2均增大，故A、D错误；拔掉了变压器铁芯Q，副线圈磁通量减小，则输出电压U2减小，故B正确；只减小交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故C错误。故选B。(4)理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈，他应该把引线c、d接交流“220V”。3．(2026·四川成都期末联考)某同学欲探究变压器电压与匝数的关系，提供的实验器材有：可拆变压器、学生电源、多用电表、导线若干。图1、图2分别为变压器的实物图和简化图。(1)将原线圈“0”和“400”两个接线柱接入交流电源，用多用电