第十三章 第4讲　实验 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 课件 -2027届高考物理一轮专题复习

该高中物理高考复习课件聚焦“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验专题，覆盖实验原理（控制变量法）、器材选择、数据处理及误差分析等高考核心考点，对接高考评价体系，分析基础性实验（如变量控制）和创新性实验（如器材改进）的考查权重，归纳实验操作、误差分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于结合2025年云南玉溪、广东清远等期末真题，通过误差分析（漏磁、铜损、铁损）等典型题型培养科学思维与科学探究素养，提供多用电表量程选择、数据表格规范处理等应试技巧，帮助学生掌握实验题得分要点，教师可据此系统指导学生高效突破高考实验题。

第4讲 实验:探究变压器原、副线圈 电压与匝数的关系 【学习目标】 1.掌握变压器电压与线圈匝数的定量关系,理解能量传递与电磁感应的本质。 2.设计对比实验探究匝数比与电压比的关系,使用交流电压表规范测量,培养误差分析能力。 3.能通过实验数据验证理想变压器模型,分析实际变压器中的能量损耗与效率问题。 4.认识变压器在电力系统中的核心作用,树立安全操作意识与节能环保观念。 一、实验原理 1.实验电路图 2.实验方法:控制变量法 (1)U1、n1一定,研究n2和U2的关系。 (2)U1、n2一定,研究n1和U2的关系。 二、实验器材 学生电源(低压交流)、可拆变压器(配备几个不同匝数的线圈)、多用电表、开关、导线若干。 三、实验操作及步骤 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,研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响,重复上述步骤。 四、数据处理 分析表格可知,理想变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比等于两个线圈的匝数n1、n2之比。 次数 1 2 3 4 n1/匝 n2/匝 n1∶n2 U1/V U2/V U1∶U2 五、注意事项 1.要事先推测副线圈两端电压的可能值。 2.为了人身安全,只能使用低压交流电压,所用电压不要超过12 V,通电时不要用手接触裸露的导线、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择适当的挡位进行测量。 六、误差分析 1.由于漏磁,使通过原、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、副线圈中产生的焦耳热损耗造成误差。 3.铁芯中有磁损耗,产生涡流造成误差。 4.多用电表的读数存在误差。 考点一 基础性实验 [例1] 【实验原理与操作】 (2025·云南玉溪期末)某学习小组在做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。 (1)为完成该实验,还须选用的器材是　　　　。  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(交流电压挡) F.多用电表(交变电流挡) ACE 【解析】 (1)为了减少能量损耗,应选用有闭合铁芯的原、副线圈;根据变压器原理,应选用交流电源;为了测得副线圈两端的电压,应选用多用电表(交流电压挡),故A、C、E正确。 (2)如图所示,将变压器的原线圈接在低压交流电源上,小灯泡接在变压器的副线圈上,小灯泡发光,下列说法正确的是　　　　。  A.将原线圈接在电压相同的低压直流电源上,小灯泡亮度不变 B.电流从原线圈经铁芯流到副线圈,最后流过小灯泡 C.将可拆变压器的横条铁芯取下,小灯泡的亮度降低 C 【解析】 (2)副线圈中的电流是通过互感现象产生的,不是从原线圈经铁芯流到副线圈,将原线圈接在电压相同的低压直流电源上,副线圈的磁通量变化率为零,则副线圈的电压也为零,灯泡不亮,A、B错误;将可拆变压器的横条铁芯取下,磁场有泄漏,使得副线圈的磁通量变化率变小,副线圈的电压减小,则小灯泡的亮度降低,C正确。 (3)为实现探究目的,保持原线圈输入的电压一定,通过改变原、副线圈匝数,测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是　　　　。  A.演绎法 B.等效替代法 C.控制变量法 D.理想实验法 C 【解析】 (3)为实现探究目的,保持原线圈输入的电压一定,通过改变原、副线圈匝数,测量副线圈上的电压,实验中采用的科学探究方法是控制变量法, C正确。 [例2] 【数据处理与误差分析】 (2025·广东清远期末)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图所示,图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。 (1)组装好可拆式变压器后,使用学生电源给原线圈供电,用多用电表测量副线圈两端的电压,下列操作正确的是　　　　。  A.原线圈接直流电压,电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压,电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压,电表用直流电压挡 D.原线圈接交流电压,电表用交流电压挡 D 【解析】 (1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,电源应使用交流电源,同时还需要交流电压表来测量电压。故选D。 (2)在正确组装变压器后,甲、乙、丙三名同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压U2与原线圈的电压U1、原线圈的匝数n1、副线圈的匝数n2的关系,将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像,　　 　(选填“甲”“乙”或“丙”)同学的实验结果有误。  乙 (3)小明同学正确组装变压器后,把12 V的学生交流电源接到原线圈“2”“14”接线柱,副线圈接线“0”“4”接线柱,原、副线圈的匝数比为　　　　,在确认电路连接无误的情况下,接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是　　　　。  A.8.0 V B.4.0 V C.3.8 V D.0 3∶1 C (4)从实验数据分析,原、副线圈上的电压之比并不等于它们的匝数之比。分析下列可能的原因,正确的是　　　　(多选)。  实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 200 100 8.2 4.0 2 200 100 6.1 2.9 3 200 100 4.0 1.9 A.原、副线圈的电压不同步 B.变压器线圈中有电流通过时会发热 C.铁芯在交变磁场的作用下会发热 D.穿过副线圈的磁通量小于原线圈的磁通量 BCD 【解析】 (4)从实验数据分析,原、副线圈上的电压之比并不等于它们的匝数之比,其变压器并不是理想变压器,能量损失主要来自三个方面,分别是变压器线圈中电阻有电流通过时会发热(铜损)、铁芯在交变磁场的作用下产生涡流发热(铁损)和由于漏磁导致穿过副线圈的磁通量小于原线圈的磁通量(磁损)。故选BCD。 考点二 创新性实验 [例3] 【实验器材的创新】 (2025·广东广州期中)某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。 (1)该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端,并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压,得到的实验数据如下表所示。 实验序号 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1/V 副线圈电压U2/V 1 400 200 4.22 2.10 2 400 800 4.22 8.36 3 400 1 600 4.22 16.83 根据实验数据,得到的结论为:在误差允许的范围内, 　 。  变压器原、副线圈的 电压比等于匝数比 (2)该同学利用(1)问中测第2组数据时的副线圈给一标有“3.8 V　0.3 A”字样的小灯泡供电,发现小灯泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为3.00 V,并不是8.36 V,其原因主要是 　 。  副线圈有电阻,且与小灯泡电阻相近,副线 圈分压 【解析】 (2)由于副线圈存在电阻,且与小灯泡电阻相近,即副线圈分压,使得小灯泡两端电压变小。 (3)可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成。如图所示,原线圈接交流电源,副线圈接入小灯泡。第一次,缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合;第二次,另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条,重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是　 　 。 (多选)  A.第二次实验中小灯泡更亮些 B.用普通铁块和用铁芯横条相比,普通铁块更容易发热 C.无论用普通铁块还是用铁芯横条,流经小灯泡的电流均为交变电流 BC 【解析】 (3)铁芯横条与普通铁块都是导磁材料,铁芯闭合后,减少了漏磁现象,产生的感应电动势增大,小灯泡变亮;用普通铁块和用铁芯横条相比,普通铁块由于涡流更容易发热,变压器效率低一些,第一次实验中小灯泡更亮些,故A错误,B正确。无论用普通铁块还是用铁芯横条,副线圈中还是交变电流,流经小灯泡的电流均为交变电流,故C正确。 [例4] 【实验情境的创新】 (2025·贵州贵阳模拟)有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示,它有两个外观基本相同的线圈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倍率电阻挡先后测量了A、B线圈的电阻值,指针分别对应图乙中的A、B位置,由此可推断　　　　(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。  A (2)该实验中输入端所接电源最适合的是　 。  A.220 V交流电源 B.220 V直流电源 C.12 V以内低压直流电源 D.12 V以内低压交流电源 D 【解析】 (2)为保证学生安全,应用12 V以内低压交流电源,故选D。 (3)如果把它看作理想变压器,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用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制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　　　　　　挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U;  ④A线圈的匝数为　　　　(用题目中的物理符号表示)。  交流电压 感谢观看 【解析】 (2)对于理想变压器有 =,整理得U2=U1或U2=U1n2·或U2=·n2,结合题图可知,乙同学的图像是错误的。 【解析】 (3)由题意可知,原线圈的匝数为n1=(14-2)×100=1 200,副线圈的匝数为n2=(4-0)×100=400,所以理想变压器原、副线圈的匝数比为==。设副线圈的电压为U2,有 =,解得U2=4 V,由于变压器不是理想变压器,会有“漏磁”的情况出现,所以副线圈的电压表读数应该小于4 V,即有可能是 3.8 V。故选C。 【解析】 (1)第1组数据,原、副线圈匝数比为==,电压之比为=≈;第2组数据,原、副线圈匝数比为==,电压之比为=≈;第3组数据,原、副线圈匝数比为==,电压之比为=≈,根据实验数据,得到的结论为:在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。 【解析】 (1)根据电阻定律R=ρ,电阻率和横截面积相同时,导线越长,电阻越大,A线圈电阻比B的大,故A线圈匝数较多。 【解析】 (3)变压器输入、输出都是交变电流,所以要用交流电压挡测输入和输出电压。根据变压器原、副线圈的电压比等于匝数比得=,解得nA=。 $