实验十六 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系-2027届高考物理一轮复习课件

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，覆盖交变电流模块核心考点，依据高考评价体系明确实验原理、控制变量法应用、误差分析（漏磁、涡流等）的考查要求，通过近五年模拟题及真题（2025江苏卷、山东卷等）分析，归纳出实验器材选择、数据处理、误差原因分析等高频题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题情境+素养融合”的复习策略，以2025海南海口模拟题中“铁芯未闭合导致电压偏小”为例，渗透科学探究（实验设计与证据分析）和科学思维（理想模型与实际误差辨析）素养，提炼“三步误差归因法”等答题技巧。帮助学生提升实验题得分率，教师可依托课件精准把握高考命题趋势，实现高效复习教学。

实验十六　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 第十二章　交变电流　电磁波　传感器 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。 学习目标 目录 目 录 CONTENTS 夯实必备知识 01 研透核心考点 02 提升素养能力 03 目录 3 夯实必备知识 1 目录 4 原理与器材 实验操作 注意事项 1.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 ①n1、U1一定,研究n2和U2的关系。 ②n2、U1一定,研究n1和U2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。 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(1)中步骤。 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.为了保证人身安全,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.为了保证多用电表的安全,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。 目录 夯实必备知识 实验数据:由实验数据分析变压器原、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:原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比。 目录 夯实必备知识 研透核心考点 2 目录 7 例1 物理兴趣小组用可拆变压器“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。 (1)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.等效法 B.理想模型法 C.控制变量法 D.演绎法 答案　C 解析　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控制变量法,故选C。 目录 研透核心考点 (2)变压器原、副线圈匝数分别选择n1=800匝、n2=400匝,原线圈与10 V正弦式交流电源相连,用理想电压表测得输出电压U2=2.5 V,输出电压测量值明显小于理论值,造成这种现象的主要原因是　　　　(填正确选项前的标号)。  A.副线圈匝数n2略少于400匝 B.变压器存在电磁辐射 C.原、副线圈存在电流热效应 D.两块变压器铁芯没有组装在一起 目录 研透核心考点 解析　根据理想变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系=,副线圈匝数n2略少于400匝,可知副线圈电压应略小于5 V,不会明显小于理论值,A错误;变压器存在电磁辐射,辐射电磁波,放出能量,但辐射能量较少,输出电压测量值不会明显小于理论值,B错误;原、副线圈存在电流热效应, 副线圈电压将小于5 V,不会明显小于理论值,C错 误;两块变压器铁芯没有组装在一起,会出现漏磁, 副线圈电压将明显小于理论值,D正确。 答案　D 目录 研透核心考点 (3)等效法、理想模型法是重要的物理学方法,合理采用物理学方法会让问题变得简单,这体现了物理学科“化繁为简”之美。图丙为某电学仪器原理图,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。若将右侧实线框内的电路等效为一个电阻,可利用闭合电路的规律解决如下极值问题:在交流电源的电压 有效值U0不变的情况下,调节可变电阻R,当 R=　　　　时(用n1、n2、R0表示),R获得的功率最大。  目录 研透核心考点 解析　根据变压器原理可得=,=, 根据欧姆定律R=,则副线圈的等效电阻 为R'==R 将U0等效为电源电动势,R0等效为电源内阻, R'等效为外电阻,当R获得的功率最大时,则有R0=R',解得R=R0。 答案　R0 目录 研透核心考点 例2 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。 (1)某同学用多用电表的“×1”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。  甲 乙 解析　多用电表电阻挡读数=指针指示值×倍率。a的读数为24,倍率为“×1”,所以A线圈的电阻为24 Ω。根据电阻定律,导线越长,电阻越大,因为A的电阻比B大,所以A线圈匝数多。 答案　24　A 目录 研透核心考点 (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UA和　　　　(选填“绕制”或“B”)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)。  甲 乙 目录 研透核心考点 解析　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U。 ④根据变压器电压比等于匝数比,有=,所以nA=n。 答案　③绕制　④n 甲 乙 目录 研透核心考点 (2025·海南海口模拟)某同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,采用了如图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“×10”的匝数。 跟踪训练 (1)关于实验器材和实验过程,下列说法 正确的有　　　　(多选)。  A.变压器的铁芯可以用整块金属 B.本实验采用了控制变量法 C.测量副线圈电压时应当用交流电压表 D.因为实验原线圈的输入电压较低,在通电情况下可用手接触裸露的接线柱 目录 研透核心考点 (2)该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验,当原、副线圈匝数比为8∶4,原线圈接16.0 V的交流电压时,测量副线圈的交流电压表的实际读数可能是　　　　。  A.0 V B.2.60 V C.8.00 V D.9.65 V 目录 研透核心考点 答案　(1)BC　(2)B 解析　(1)为了降低涡流造成的损耗,变压器的铁芯是用相互绝缘的薄硅钢片叠合而成,故A错误;为便于探究,可以采用控制变量法,故B正确;变压器的原线圈接低压交流电源,测量副线圈电压时应当用交流电压表,故C正确;虽然实验所用电压较低,但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路,这样可减小实验误差,避免发生危险,故D错误。 目录 研透核心考点 (2)假设变压器为理想变压器,则副线圈电压为 U2=U1=×16.0 V=8.00 V 考虑到实验时,未将铁芯闭合,该变压器不是理想变压器,会出现漏磁等现象,则副线圈两端电压小于8.00 V,电压表测量有效值,则读数小于8.00 V,故选B。 目录 研透核心考点 提升素养能力 3 目录 1.(2025·江苏卷,2)用图示可拆变压器进行探究实验,当变压器左侧的输入电压为2 V时,若右侧接线柱选取“0”和“4”,右侧获得4 V输出电压,则左侧接线柱选取的是(　　) A.“0”和“2” B.“2”和“8” C.“2”和“14” D.“8”和“14” A 解析　根据理想变压器电压与匝数的关系有=,其中U1=2 V,U2=4 V,n2=4,解得n1=2,A正确。 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 A 2.(2025·湖北武汉模拟)如图所示为可拆变压器,原线圈与学生电源相连,副线圈与小灯泡相连,原、副线圈接入匝数分别为100匝和200匝,学生电源置于交流电压“6 V”时,小灯泡正常发光。下列说法正确的是(　　) A.小灯泡的额定电压可能小于12 V B.减小接入副线圈的匝数,原线圈的电流会增大 C.将可拆变压器的横条铁芯取下,小灯泡也能正常发光 D.若原线圈接入恒定电压“6 V”时,小灯泡也能正常发光 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 解析　 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 3.(2025·云南昆明模拟)某同学用可拆式变压器做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验,如图所示。求解下列问题: (1)下列本实验中还需要用到的其他实验器材组合,正确 的是　　　　。  A.干电池和直流电压表 B.低压交流电源和直流电压表 C.干电池和交流电压表 D.低压交流电源和交流电压表 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 (2)本实验中用的科学方法是　　　　。  A.控制变量法 B.等效替代法 C.整体隔离法 (3)某次实验时,原线圈匝数为n1=1 400匝,副线圈匝数为 n2=400匝,原线圈接入的电压为28.0 V,副线圈两端电压可能为　　　　。  A.7.8 V B.8.2 V C.9.6 V D.14.0 V 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 答案　(1)D　(2)A　(3)A 解析　(1)变压器的工作原理是电磁感应,原线圈需要通交变电流,这样副线圈才能产生感应电动势,所以电源应选低压交流电源;同时,要测量原、副线圈的电压,要用交流电压表,故选D。 (2)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系时,采用的是控制变量法,故选A。 (3)根据=,可得U2=8.0 V 因漏磁、能量损耗等影响,副线圈两端电压将小于8 V,故选A。 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 4.(2026·湖北黄冈高三阶段测试)某同学探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 (1)正确组装可拆变压器后,如图甲所示,接入学生电源,选择合适的挡位,应使用多用电表的　　　　　　　　挡测量(选填“直流电压”或“交流电压”)。  01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 (2)保持原线圈输入的电压一定,改变原、副线圈的匝数,测量副线圈上的电压,数据如下表所示。 组别 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) U1/U2 1 300 60 6.2 0.9 6.89 2 300 120 6.2 2.1 2.95 3 300 180 6.2 3.3 1.88 4 600 180 6.2 1.5 4.13 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 分析第1、2、3组数据,大致可得出结论:原 线圈电压和匝数不变时,　　　　　　　　; 分析第3、4组数据,大致可得出结论:原线圈 电压和副线圈匝数不变时,原线圈匝数越少, 副线圈电压越高。  (3)进一步分析实验数据,发现副线圈电压总比理论值小,其原因可能是　　　　　　　 　　　　　　　　。  (4)该同学找到了一只标有“220 V/9 V”的变压器,其上有a、b、c、d四个引出线头,且a、b引线比c、d引线粗,如图乙所示。使用时,应该把引线　　　　接交流“220 V”(选填“a、b”或“c、d”)。  01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 答案　(1)交流电压 (2)副线圈匝数越多,副线圈电压越高 (3)变压器不是理想变压器,有漏磁、铁芯 发热、导线发热等能量损耗 (4)c、d 解析　(1)变压器原、副线圈上都是交变电 流,则应使用多用电表的交流电压挡测量。 (2)分析第1、2、3组数据,大致可得出结论:原线圈电压和匝数不变时,副线圈匝数越多,副线圈电压越高。 (3)进一步分析实验数据,发现副线圈电压总比理论值小,其原因可能是变压器不是理想变压器,有漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗。 (4)电压越低,则电流越大,导线越粗,可知应该把引线c、d接交流“220 V”。 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 5.某同学欲研究实验室可拆变压器工作时原线圈输入功率和副线圈输出功率之间的关系,可供选择的器材如下: a.可拆变压器(如图甲中所示,原线圈接线柱标注 0、4、8、12,副线圈接线柱标注0、1、2) b.学生电源 c.小灯泡(2.5 V,2.0 W) d.交流电压表V1(量程0~30 V) e.交流电压表V2(量程0~6 V) f.交流电流表A1(量程0~0.3 A) g.交流电流表A2(量程0~1.0 A) h.滑动变阻器(0~5 Ω) 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 实验电路如图乙: (1)用笔画线代替导线将图甲中的实物图补充完整。 (2)连接好电路后,该同学将滑动变阻器滑片置于阻值最大处,学生电源电压调至20 V,打开电源开关,调整滑动变阻器滑片位置,当灯泡较亮时,读出四个电表的示数分别为U1=20.0 V,I1=0.16 A,U2=4.2 V,I2=0.60 A,通过计算发现U1I1>U2I2,可能的原因是　　　　(填选项标号)。  A.未考虑电压表V1的内阻 B.未考虑电压表V2的内阻 C.变压器漏磁 D.由于涡流变压器铁芯发热 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 (3)继续调整滑动变阻器滑片位置,使灯泡 更亮,测得四个电表的示数分别为U1'、I1'、 U2'、I2',则U1'I1'与U2'I2'的差值将　　　(忽 略电流表内阻的影响,选填“增大”或 “减小”)。  (4)若将可拆变压器上水平放置的铁芯 拆下,则要使小灯泡能够正常发光,左侧原线圈应选择接线柱“0”与　　　　(选填“4”或“12”)相连。  01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 答案　(1)见解析图　(2)CD　(3)增大　(4)4 解析　(1)左侧原线圈应与电源交流输出相连,灯泡的额定电压为2.5 V,额定功率为2 W,则额定电流为0.8 A,正常工作时的电阻约为3 Ω,滑动变阻器最大阻值为5 Ω,电源电压为20 V,故副线圈接线柱应选择“0”“2”。 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 (2)电压表V1的内阻对原线圈U1、I1的测量无影响,电压表V2的内阻对副线圈U2、I2的测量无影响,原线圈功率大于副线圈功率的原因是漏磁、涡流和导线发热,故C、D正确,A、B错误。 (3)副线圈电流增大后,原线圈电流增大,磁场增强,涡流增大,变压器铁芯发热功率增大,则变压器左右两侧功率差值增大。 (4)可拆变压器上水平放置的铁芯拆下后漏磁增多,应减小原、副线圈匝数比,选择“0”“4”接线柱。 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 6.(2025·山东卷,14)某实验小组为探究远距离高压输电的节能优点,设计了如下实验。所用实验器材为: 学生电源; 可调变压器T1、T2; 电阻箱R; 灯泡L(额定电压为6 V); 交流电流表A1、A2、A3,交流电压表V1、V2; 开关S1、S2,导线若干。 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 部分实验步骤如下: (1)模拟低压输电。按图甲连接电路,选择学生电源交流挡,使输出电压为12 V,闭合S1,调节电阻箱阻值,使V1示数为6.00 V,此时A1(量程为250 mA)示数如图乙所示,为　　　　mA,学生电源的输出功率为　　　　W。  01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 (2)模拟高压输电。保持学生电源输出电压和电阻箱阻值不变,按图丙连接电路后闭合S2。调节T1、T2,使V2示数为6.00 V,此时A2示数为20 mA,则低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的　　　　倍。  (3)A3示数为125 mA,高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了 　　　　W。  01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 答案　(1)200　2.4　(2)100　(3)0.9 解析　(1)由题图乙可知,A1的示数为I1=200 mA,又学 生电源的输出电压为12 V,由题图甲可知A1测量干路 电流,则学生电源的输出功率为P出1=UI1=12×0.2 W=2.4 W。 (2)电阻箱阻值不变,由P=I2R可知低压输电时电阻箱消耗的功 率与高压输电时电阻箱消耗的功率之比为==100,即低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的100倍。 (3)高压输电时学生电源的输出功率为P出2=UI3=12×0.125 W=1.5 W,则高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了ΔP=P出1-P出2=0.9 W。 01 02 03 04 05 06 目录 提升素养能力 本节内容结束 THANKS $