11.2.3 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 感抗与容抗 学案 -2026届高考物理一轮复习

该高中物理学案系统覆盖交变电流专题核心考点，以变压器原副线圈电压与匝数关系的实验探究为主线，串联感抗与容抗的影响因素及应用，通过控制变量法实验设计、数据处理表格和误差分析要点，引导学生自主构建“实验原理-规律总结-实际应用”的知识网络，体现考点梳理的系统性和层次性。 亮点在于实验探究与真题演练深度融合，如设置变压器电压比测量实验数据记录表、高考真题变式训练及课后巩固诊断题，培养学生科学探究和科学思维素养。每个模块配有实验操作要领和误差分析指导，帮助学生自主诊断薄弱环节，教师可依据学情数据实施精准教学，有效提升复习实效。

第11章 交变电流 第2讲 第3课时 探究变压器匝数的关系和感抗与容抗（2026年高考） 第11章 交变电流 第2讲 第3课时 探究变压器匝数的关系和感抗与容抗 课堂讲解 一、探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 （一）、原理与操作 装置及原理 (1)实验装置及电路图 (2)控制变量法 ①n1一定，研究n2和U2的关系。 ②n2一定，研究n1和U2的关系 操作要领 (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。 (2)保持副线圈的匝数n2和电压U1不变，改变原线圈的匝数n1，研究n1对副线圈电压U2的影响 （二）、数据处理方法 1．分析实验数据记录表： 1 2 3 4 U1 U2 n1 n2 U1/U2 n1/n2 2.实验结果分析及得出结论：在误差允许的范围内，变压器原、副线圈两端的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝。 （三）、实验误差和注意事项 误差分析 (1)由于漏磁，通过原、副线圈的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 注意事项 (1)为了人身安全，只能使用低压(不超过12 V)交流电源，通电时不要用手接触裸露的导线、接线柱。 (2)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量 例1、(2023·重庆卷)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。如图甲为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器RP的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电)。 (1)闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数 (选填“变大”“不变”或“变小”)。 (2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2 500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图乙所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为 (保留3位有效数字)。 (3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1 000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U­R关系曲线如图丙所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图丙可知，当频率为1 000 Hz时，R0两端的电压为 mV；当频率为50 Hz时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为 Ω的电阻串联。(均保留3位有效数字) 变式1、某物理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。 图甲为实验原理图，在原线圈A、B两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据见下表： 请回答下列问题： (1)在图乙中，应将A、B分别与 (选填“a、b”或“c、d”)连接。 实验 序号 原线圈匝数 n1＝400 原线圈两端 电压U1(V) 副线圈匝数 n2＝200 副线圈两端 电压U2(V) 副线圈匝数 n3＝1 400 副线圈两端 电压U3(V) 1 5.8 2.9 20.3 2 8.0 4.0 28.1 3 12.6 6.2 44.0 (2)根据表中数据得出的实验结论：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈两端的电压之比等于 。 (3)在实验序号为2的测量中，若把图丙中的可移动铁芯取走，副线圈匝数n2＝200，则副线圈两端电压 (填正确答案标号)。 A．一定小于4.0 V B．一定等于4.0 V C．一定大于4.0 V 二、电感和电容对交变电流的影响 1.电感对交变电流的阻碍作用 把带铁芯的线圈与白炽灯串联起来，先把他们接到直流电源上，再把他们接到交流电源上．取直流电源的电压与交流电源的有效值相等．观察两种情况下灯泡的亮度． 在直流电路中，当电压一定时，影响电流强弱的只是电阻．但在交流电路中，电感对交变电流也有阻碍作用，阻碍作用的大小用感抗来表示．实验和理论分析都表明，线圈的自感系数越大、交流的频率越高，电感对交流的阻碍作用就越大，也就是说，线圈的感抗就越大． 扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它利用了电感对交流的阻碍作用．扼流圈分为两种，一种是低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十享．即使交流的频率较低，例如家庭电流中的交流，这种线圈产生的感抗也很大．由于线圈是用铜线绕制的，对直流的阻碍作用较小，所以这种扼流圈可以用来“通直流，阻交流”．另一种是高频扼流圈．线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为几毫享．这种扼流圈只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小，因此可用来“通低频、通直流，阻高频”． 2．交变电流能够通过电容器 如图，把白炽灯和电容器串联起来，先把他们接到直流电源上，再把他们接到交流电源上．观察灯泡的发光情况． 直流不能通过电容器，这是容易理解的，因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了．当电容器接到交流电源的两端时，实际上自由电荷也没有通过两板板间的绝缘介质．不过瞬时电压在不断变化，当电压升高时，电容器充电，电荷向电容器的极板上聚集，形成充电电流；当电压降低时，电容器放电，电荷从极板上放出，形成放电电流．电路中电压的大小和正负在不断地变化，电容器交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器． 3．电容器对交变电流的阻碍作用 在上面的实验中，如果把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时更亮．这表明电容也有对交流的阻碍作用． 电容对交流阻碍作用的大小用容抗表示．实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，也就是说，电容器的容抗就越小． 例2、（2025·北京·高考真题）如图所示，线圈自感系数为L，电容器电容为C，电源电动势为和是三个相同的小灯泡。开始时，开关S处于断开状态。忽略线圈电阻和电源内阻，将开关S闭合，下列说法正确的是（　　） A．闭合瞬间，与同时亮起 B．闭合后，亮起后亮度不变 C．稳定后，与亮度一样 D．稳定后，电容器的电荷量是 变式2、（2024·浙江·高考真题）理想变压器的原线圈通过a 或b与频率为f、电压为u的交流电源连接，副线圈接有三个支路，如图所示（光敏电阻的阻值随着光照增加而减少）。当S接a时，三个灯泡均发光。若（　　） A．电容C增大，L1灯泡变亮 B．频率f增大，L2灯泡变亮 C．RG上光照增强，L3灯泡变暗 D．S接到b时，三个泡均变暗 课后巩固 1、在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，如图所示为所用实验器材：可拆变压器、学生电源、数字多用电表。 (1)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈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．等效代替法 C．整体隔离法 (2)为了减少涡流的影响，铁芯应该选择 。 A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的硅钢片叠成 D．绝缘的铜片叠成 (3)关于本实验，下列做法正确的是 (多选)。 A．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，原线圈所接电压不超过12 V B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱 C．变压器正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈 D．使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量 2、在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图所示电路两点间逐次将图中的电路元件（1）（2）（3）单独接入，当使交变电流频率增加时，可以观察到下列所述的哪种情况（ ） A．读数不变，增大，减小 B．读数减小，不变，增大 C．读数增大，不变，减小 D．的读数均不变 3、如图所示的交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，交流电的频率增大时，可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是（ ） A．L1、L2、L3亮度都不变 B．L2变暗，L2不变、L3变亮 C．L1变暗、L2变亮、L3不变 D．L1变亮、L2变暗、L3不变 本节课反馈（学生意见和建议反馈本节课掌握情况）： 参考答案： 课堂讲解 例1、（1）变大 （2）12.6 （3）272 12.0 （1）解析　闭合S1，滑动变阻器RP是分压式接法，滑片P向右滑动后，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。线圈L1两端的电压增大，因此与滑动前相比，电表的示数变大。 （2）解析　保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为U1＝2 500 mV。线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如题图乙所示，由u­t图像可得，线圈L2两端电压为U2＝＝ mV，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为＝≈12.6。 （3）解析　闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。由U­R关系曲线可得，当频率为1 000 Hz，负载电阻R0＝20 Ω时，R0两端的电压为UR0＝272 mV。当频率为50 Hz时，为保持R0两端电压不变，需保持电流不变，I＝＝ mA＝ mA，在U­R关系曲线中作出直线，U＝R，由直线与50 Hz曲线交点可知R＝32 Ω，故需给R0串联一电阻，此串联电阻值为R串＝R－R0＝12.0 Ω。 变式1、答案 （1）c、d （2）两个线圈的匝数之比 （3）A （1）解析　在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中，原线圈两端应接入交变电流，故应将A、B分别与c、d连接。 （2）解析　根据题表中数据可得，在实验误差允许范围内＝，＝，即在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈两端的电压之比等于两个线圈的匝数之比。 （3）解析　若把题图丙中的可移动铁芯取走，磁损耗变大，原线圈中磁通量变化率比副线圈磁通量变化率大，根据法拉第电磁感应定律知，副线圈两端电压一定小于4.0 V，故选A。 例2、【答案】C 【详解】A．闭合开关瞬间，电容器C相当于通路，线圈L相当于断路，所以瞬间亮起，逐渐变亮，A错误； B．闭合开关后，电容器充电，充电完成后相当于断路，所以亮一下后熄灭，B错误； C．稳定后，电容器相当于断路，线圈相当于短路，所以、串联，所以一样亮，C正确； D．稳定后，电容器与并联，两端电压等于两端电压，由于线圈电阻和电源内阻忽略不计，且、串联，两端电压为，根据，可得电容器的电荷量等于，D错误。 故选C。 变式2、【答案】A 【详解】A．电容增大，对交流电的阻碍作用减小，则L1灯泡变亮，故A正确； B．频率f增大，则电感的阻碍作用增大，则L2灯泡变暗，故B错误； C．光敏电阻光照增强，阻值减小，由于各支路电压不变，则L3灯泡电流增大，变亮，故C错误； D．S接到b时，根据变压比可知，副线圈电压增大，则三个泡均变亮，故D错误。 故选A。 课后巩固 1、 答案 （1）A （2）C （3）ABC （1）解析　本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈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，故选A。 （2）解析　变压器铁芯的材料要选择磁性材料，为减小涡流影响，选择用绝缘的硅钢片叠成的铁芯，故C正确，A、B、D错误。 （3）解析　变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不超过12 V，A正确；为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱，B正确；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，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、答案 C 3、答案 C 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $