第13章 实验十五 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系(课件PPT)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义

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，依据高考评价体系梳理了实验原理、操作规范、数据处理及误差分析等核心考查点，通过近五年高考真题统计明确该实验在电磁学实验题中占比约25%，归纳出控制变量法应用、非理想变压器误差分析等常考题型，构建了完整的实验备考体系。 课件亮点在于“真题研析+素养提升”的复习策略，如以2025福建厦门三模题为例，深入解析铁芯结构对漏磁的影响及多用电表量程选择技巧，培养学生科学思维中的模型建构和科学探究中的证据分析能力。特设“易错警示”模块（如直流电源误用、匝数测量误差），助力学生掌握实验题答题要点，教师可据此开展针对性训练，提升复习效率。

实验十五　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 高三总复习讲义　新高考 第十三章 交变电流 电磁震荡与电磁波 传感器 课时测评 内容索引 实验梳理 典例研析 实验梳理 返回 原理装置 1.实验原理 (1)实验电路图 (2)实验采用控制变量法 ①n1、U1一定，研究U2和n2的关系。 ②n2、U1一定，研究U2和n1的关系。 2.实验器材 学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干 操作要求 1.保持匝数n1和电压U1不变，改变匝数n2，研究n2对U2的影响。 (1)选择n1＝400匝，将原线圈接在学生电源的交流输出端。 (2)调节选择开关使原线圈两端电压为5 V。 (3)多用电表与副线圈n2＝200匝的接线柱相连接，读出U2。 (4)将n2、U2记录在表格一中。 (5)改变匝数n2，重复上述步骤，将数据记录在表格一中。 操作要求 2.保持匝数n2和电压U1不变，改变匝数n1，研究n1对U2的影响。 (1)选择n1＝200匝，将原线圈接在学生电源的交流输出端。 (2)调节选择开关使原线圈两端电压为5 V。 (3)多用电表与副线圈n2＝400匝的接线柱相连接，读出U2。 (4)将n1、U2记录在表格二中。 (5)改变匝数n1，重复上述步骤，将数据记录在表格二中 原理装置 操作要求 数 据 记 录 与 分 析 表格一　U1＝5 V，n1＝400匝 表格二　U1＝5 V，n2＝400匝 数据分析：分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系。 实验结论：在实验误差允许的范围内，原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比 实验次数 1 2 3 n2/匝       U2/V       实验次数 1 2 3 n1/匝       U2/V       原理装置 操作要求 注意事项 1.改变电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关。 2.学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。 3.使用多用电表交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量 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造成误差。 3.铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差 返回 典例研析 返回 类型一　教材原型实验 (2026·河北唐山模拟)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，两个学习小组采用了如图甲所示的可拆式变压器进行研究，原、副线圈的电压由电压传感器获得。 例1 (1)第一组同学将变压器正确组装好，如图乙所示。连接到图乙中的电源上，闭合电源开关，发现原线圈两端电压传感器有示数，但无论如何调节电源的电压旋钮，副线圈两端电压传感器均无示数，经检查导线和各连接处均无断路，则最可能的原因是　 　. 　　　。 在连接电源的时候连接的是ab间的直流 电源 由于原线圈有电压，副线圈无电压，且电路连接完好，最可能的是第一组同学在连接电源的时候连接的是ab间的直流电源。当电路连接完好，原线圈接直流电源时，变压器不工作。 (2)第二组同学正确组装变压器后，记录数据如表所示： 原线圈匝数n1 100 100 400 400 副线圈匝数n2 200 800 200 800 原线圈电压U1(V) 1.96 1.50 4.06 2.80 副线圈电压U2(V) 3.90 11.81 2.00 5.48 通过分析实验数据可得出的实验结论是　　　　　　　　 . 　　　　 　。 在实验误差允许的范围内，原、副线圈两端电压比等于原、副线圈匝数比 由题表数据可知，在实验误差允许的范围内，＝，即原、副线圈两 端电压比等于原、副线圈匝数比。 (3)第二组同学继续探究实验，把2.00 V的学生电源cd接到原线圈“0”“100”接线柱，副线圈接到“200”“800”接线柱，则接在副线圈两端的传感器示数最有可能是__________。 A.1.00 V B.2.00 V C.11.50 V D.15.80 V C 若为理想变压器，则＝＝，解得U2＝12.00 V，考虑到不是理想 变压器，有漏磁等现象，副线圈的电压应略小于12.00 V。故选C。 (2025·福建厦门三模)小强同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图甲所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。 例2 (1)除图甲中的器材外，下列器材中还需要的是______(填仪器前的字母)。 CD 在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是低压交流电源，所以不需要干电池，磁场是利用了电流的磁效应，所以也不需要磁体，测量线圈两端的电压需要使用多用电表的交流电压挡，不需要直流电压表和直流电流表。故选CD。 (2)变压器铁芯的结构和材料是__________。 A.整块不锈钢铁芯 B.整块硅钢铁芯 C.绝缘的硅钢片叠成 C 变压器铁芯的结构和材料是绝缘的硅钢片叠成。故选C。 (3)如图乙所示，操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，原线圈输入电压为U1＝4 V，匝数为n1＝200匝，改变副线圈匝数n2，测量副线圈两端的电压U2，得到U2-n2图像如图丙所示，则可能正确的图线是______(选填“a” “b”或“c”)。 c 操作过程中横铁芯没有与竖直铁芯对齐，将导致漏磁，使得输出电压偏 小，则有＞，则可能正确的图线只有c。 有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，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)，线圈外部还可以再绕线圈。 类型二　拓展创新实验 例3 (1)某同学用多用电表的同一电阻挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为___Ω，由此可推断___(选 填“A”或“B”)线圈的匝数较多。 24 A A线圈的电阻为24 Ω。根据电阻定律可知，电阻率和横截面积相同时，导线越长，电阻越大，因为A的线圈电阻比B线圈大，所以A线圈的匝 数多。 (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：一根足够长的绝缘导线、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UA和__________(选填“绕制”或“B”)线圈的输出电压U； 绕制 因为要测量A线圈的匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接并用交流电压挡测绕制线圈的输出电压U。 n ④则A线圈的匝数为________(用已知和测得量的符号表示)。 根据理想变压器电压比等于匝数比，有＝，所以nA＝n。 破题“三步曲” 小华同学做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，请回答以下问题： (1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应_____。 A.选图甲中的器材 B.选图乙中的器材 C.都可以选 D.都不能选 例4 A 题图甲是多用电表，而题图乙是直流电压表，实验需要测量交流电压，因此选用题图甲所示器材，故A正确，B、C、D错误。 (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“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，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.副线圈实际匝数与标注的“200” 不符，应该小于200匝 C.学生电源实际输出电压大于标注的 “6 V” C 根据理想变压器原、副线圈的电压与其匝数的关系＝，若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈的电压应小于12 V，A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，副线圈的电压应小于 12 V，B错误；若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”，由以上公式可知，副线圈的电压可能为13 V，C正确。 (3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如下表： 根据测量数据可判断连接电源的线圈是_____(选填“na”或“nb”)。 Ua/V 1.60 2.50 3.70 4.60 Ub/V 3.70 5.30 7.60 9.70 nb 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，副线圈的电压应偏小，分析可知Ub为原线圈上的电压大小，则接电源的线圈是nb。 破题 “三步曲” 返回 课 时 测 评 返回 1.(10分)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，利用如图甲所示的可拆变压器能方便地改变原、副线圈的匝数比。 (1)变压器的工作原理是________(选填“互感”或“自感”)现象，理想变压器原、副线圈两端的电压之比与原、副线圈的匝数之比_______。 互感 相等 2 3 4 1 变压器的工作原理是互感现象；理想变压器原、副线圈两端的电压之比与其匝数之比相等。 2 3 4 1 (2)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，并记录相关数据，这个探究过程采用的科学探究方法是_____。 A.控制变量法 B.等效替代法 C.演绎法 D.理想实验法 A 该探究实验采用的科学探究方法是控制变量法。故选A。 2 3 4 1 (3)在某次实验中，一同学分别测出相应的原、副线圈两端电压值。由于交变电流电压是变化的，所以实际上测量的是电压的_______(选填“有效” “平均”或“最大”)值，其中一次多用电表读数如图乙所示，此时电表读数为______V。 有效 7.4 2 3 4 1 对于交变电流，电压表测量的是有效值，根据题图乙，选用的是交流电压10 V挡，最小分度值是0.2 V，因此电表读数为7.4 V。 2 3 4 1 (4)在实验过程中，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12 V B.连接好电路后，可不检查电路是否正确，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，使用交流电压挡测量电压时，先用最大量程挡 试测 D 2 3 4 1 变压器使用的是交流电压，为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，故A错误；实验通电时，不可用手接触裸露的导线、接线柱等，连接好电路后，要检查电路是否连接正确，再接通电源，故B、C错误；使用多用电表测量电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。 2 3 4 1 (5)该同学在完成实验后，挑选了几组数据进行分析，如下表所示，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别为原、副线圈两端的电压，对实验数据进行分析，可以得出的结论是　　　　 　　. 　　　 　　　　。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 400 400 12.0 3.42 2 900 300 12.0 3.96 3 200 100 12.0 5.92 在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压之比与匝数之比相等，即＝ 2 3 4 1 通过分析题表中数据可得，在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电 压之比与匝数之比相等，即＝。 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 1 400 400 12.0 3.42 2 900 300 12.0 3.96 3 200 100 12.0 5.92 2 3 4 1 (6)该同学在分析数据时发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，下列原因可能正确的是______。 A.在交变电流产生的过程中，副线圈 中电流的频率比原线圈中电流的频率低 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.原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 BCD 2 3 4 1 实验所用变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是绕制线圈的导线发热损耗、铁芯中的涡流发热损耗、铁芯对磁场的约束不严密损耗，B、C、D正确；变压器不改变电流的频率，A错误。 2 3 4 1 2.(10分)某同学利用自耦变压器探究降压时“变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，变压器结构图如图甲所示。 回答下列问题： (1)实验过程中为了安全选用了学生电源供电，连接电路时，应该将学生电源________(选填“直流”或“交流”)接线柱和自耦变压器的________(选填“A、B”或“C、D”)接线柱相连接。 交流 A、B 2 3 4 1 该实验探究降压时“变压器线圈两端的电压与匝数的关系”，要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故电源连接自耦变压器的A、B接线柱。 2 3 4 1 (2)在测量变压器副线圈上电压时，选用了多用电表进行测量，如果某次实验副线圈上的电压大约为6 V，则多用电表挡位选择开关应该旋至哪个位置？__________；正确选挡开始实验，刻度盘指针如图乙，读数为______V。 交流10 V挡 6.4 实验时副线圈上的电压大约为6 V，则多用电表挡位选择交流10 V挡；由题图乙可知，交流10 V挡的最小分度值为0.2 V，故示数为6.4 V。 2 3 4 1 (3)实验时保持变压器原线圈输入电压不变，调节旋钮P的位置并记录数据，从所得数据发现原、副线圈电压比总是略大于对应匝数比，造成这一误差的原因可能是(说出一条即可)　　　　　　　　　 　　　. 　　　。 有漏磁现象(或铁芯内有涡流，或线圈 有电阻) 主要原因是实验所用变压器不是理想变压器，有漏磁现象、铁芯内有涡流发热、导线线圈有电阻发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。 2 3 4 1 3.(10分)某同学用如图所示的变压器做“探究变压器两端电压与匝数的关系”实验： (1)如图所示，变压器右边原线圈“0”和“1”接线柱所接的电源应是______(选填“甲”或“乙”)。 乙 2 3 4 1 变压器正常工作时，原线圈应接交流电源，因此变压器右边原线圈“0”和“1”接线柱所接的电源应是交流电源乙。 2 3 4 1 (2)右边“0”和“1”接线柱接电源的同时，左边接线柱依次接“0”和“2”、“0”和“8”、“0”和“16”，测得如下数据： 上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是____。 A.等效法 B.控制变量法 C.转换法 D.类比法 线圈 原线圈 副线圈 接线柱 接“0”和“1” 接“0”和“2” 接“0”和“8” 接“0”和“16” 电压/V 5.6 11.0 45.0 92.5 B 2 3 4 1 探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法。故选B。 线圈 原线圈 副线圈 接线柱 接“0”和“1” 接“0”和“2” 接“0”和“8” 接“0”和“16” 电压/V 5.6 11.0 45.0 92.5 2 3 4 1 4.(10分)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__________ (选填“直流”或“交流”)电源。 需要选用低压交流电源。 交流 2 3 4 1 (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、B两线圈依次接电源，用电压表分别测出线圈A、线圈B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B的匝数为______匝。 A线圈电压 B线圈电压 C线圈电压 8.0 V 3.8 V 0.2 V 400 190 2 3 4 1 根据变压器变压原理有＝ 解得nA＝nC＝400匝 同理有＝ 解得nB＝nC＝190匝。 A线圈电压 B线圈电压 C线圈电压 8.0 V 3.8 V 0.2 V 2 3 4 1 (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_________ (选填“多一些”或“少一些”)更好。 多一些 根据＝，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。 返回 2 3 4 1 谢 谢 观 看 实验十五 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 $