第3章 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步辅导与测试(人教版)

物理选择性必修第二册 A.用户端的电压为。灯 A器 B.输电线上的电压降为U PR 1 C.输电线路上损失的电功率为I,2r C 品R 4.如图所示，D为一插头，可接入电压恒定的照明 D.输电线路上损失的电功率为IU 电路中，a、b、c为三只相同的大功率电炉。a靠 2.在电能输送过程中，若输送的电功率一定、输电 近电源；b、c离用户电灯L很近，但离电源较远 线电阻一定，则输电线上损耗的电功率( ) (输电线电阻不能忽略)。关于电炉接入电路后 A.和输送电压的二次方成正比 对电灯的影响，下列说法正确的是 B.和输送电流的二次方成反比 C.和输送电线上的电压降的二次方成正比 D.和输送电流成正比 b 3.通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功： A.使用电炉a时对电灯的影响最小 率P,原线圈的电压U保持不变，输电线路的总 B.使用电炉b时对电灯的影响比使用电炉a 电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，： 时小 线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈： C.使用电炉c时对电灯几乎没有影响 的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则 D.使用电炉a或b或c时对电灯影响几乎一样 A和哈分别为 温馨提示 请做课时分层检测（十八） 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 实验必备·自主探究 一、实验目的 ”铁 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 二、实验原理 9 1 学生电源 1.变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流： 原线圈 副线圈 通过原线圈时在铁芯中产生磁场，由于电流的大： 小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也不断变化， 变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，副线圈 乙 就存在输出电压。 四、实验步骤 2.本实验通过与副线圈相连接的多用电表，观察原 :1.按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交 线圈电压变化时，副线圈输出电压的变化；通过 流电压挡，并记录两个线圈的匝数。 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。 2,接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。 :3.保持匝数不变，多次改变输人电压，记录每次改 3.用控制变量法研究。 变后原、副线圈的电压值。 三、实验器材 :4.保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副 两只多用电表、学生电源（低压交流电源）、开关、： 线圈的匝数，记录下每次副线圈的匝数和对应的 可拆变压器（如图甲）、导线若干。 电压值。 94 第三章交变电流 五、实验结论 :2.为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过 实验分析表明，原、副线圈的电压之比等于两个 12V,通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。 U1_ 3.为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电 线圈的匝数之比，即可 1n2 压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压 六、注意事项 大小后再用适当的挡位进行测量。 七、实验误差分析 1.在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开 :1.实验所用变压器存在各种损耗。 开关，再进行操作。 2.多用电表的读数存在误差。 实验研析·创新学习 题型1 实验原理与操作 题型2 数据处理与分析 [典例1]在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的 [典例2]某同学在实验室进行“探究变压器原、副 关系”的实验中 i: 线圈电压与匝数关系”的实验。 (1)为了确保实验的安全，下列做法正确的是 (1)下列实验器材必须要用的有 (选填 字母代号)。 A.为了保证人身安全，只能使用低压直流电源， A.干电池组 所用电压不要超过12V B.学生电源 B.连接好电路后，可不经检查电路是否正确，直： C.多用电表 接接通电源 D.直流电压表 C.因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸： E.滑动电阻器 露的导线和接线柱 F.条形磁体 D.为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测 G.可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈） 电压时，先用最大量程挡试测 (2)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数 (2)某实验小组通过实验，记录的数据如下表： 据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2 原线圈匝数（匝） 100 200 400 400 分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可 副线圈匝数n2(匝) 400 400 200 800 以得到的实验结论是： 原线圈两端的电压U1(V) 1.964.908.004.86 副线圈两端的电压U2(V) 7.809.763.909.64 实验次数 n1/匝 n2/匝 U/V U2/V 通过分析实验数据可得出的实验结论是 1 1600 400 12.1 2.90 2 800 400 10.2 4.95 [听课记录] 400 200 11.9 5.92 [听课记录] 95 物理选择性必修第二册 题型3 实验拓展与创新 (3)为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝 数的关系，他又取匝数n。=80匝和nb=160匝的 [典例3]某同学想用220V 一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如 交流电作为小型收录机的 下，则接电源的是 (选填“n。”或“n”)。 电源。他先制作了一个交 U/V 1.80 2.80 3.80 流变为直流的整流器，但是 Ui/V 4.00 6.01 8.02 这个整流器需要用6V的交流电源，于是他又添 置了一台220V/6V的变压器，如图所示。他看 [听课记录] 到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、 d引线比b、c引线粗。 (1)他不知道如何接法，也没有相应的说明书。 你能帮他判断正确的接法是a、d端接 (选填“220V”或“6V”) (2)这台220V/6V的理想变压器接6V的线圈： 匝数是300匝，则接220V的线圈匝数是 匝 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系” (2)街头见到的变压器是降压变压器，假设它只 实验中 有一个原线圈和一个副线圈， (选填“原 (1)原线圈中接人的电源是 线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线 A.接入220V交流电 3.理想变压器是指在变压器变压的过程中，线圈和 B.接人学生电源12V以下直流输出 铁芯不损耗能量、磁场被束缚在铁芯内不外漏的 C.接入学生电源12V以下交流输出 变压器。现有一个理想变压器、一个原线圈（匝 (2)对于实验过程，下列说法正确的是 数为n1)和一个副线圈（匝数为n2)。甲、乙两位 A.为便于探究，应该采用控制变量法 同学想探究这个理想变压器的原、副线圈两端的 B.因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸 电压与线圈匝数的关系。 露的导线、接线柱等检查电路 (1)甲同学的猜想是U1:U2=n1：n2;乙同学的 C.使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试 猜想是U1:U2=n2：n1。你认为猜想合理的同 测，再选用恰当的挡位进行测量 学是 ,你做出上述判断所依据的物理规 2.(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝 律是 数的关系”实验时，用学生电源提供给图甲所示 变压器原线圈的电压为5V,用演示电表交流 (2)为了验证理论推导的正确性，可以通过实验 50V挡测量副线圈电压时示数如图乙所示，则： 来探究。为保证实验安全、有效地进行，应选用 变压器的原、副线圈匝数之比可能是 电源 (3)在实验时，若采用多用电表进行测量，应先将 选择开关置于 挡，并选用 量程 进行试测，大致确定被测数据后，再用适当的量 可拆式变压 程进行测量。 列 乙 4.某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈的 A.5:8 B.5:16 电压与匝数关系”的实验。他准备了可拆变压 C.1:14 D.1:8 器、多用电表、开关和导线若干。 96 第三章 交变电流 (1)实验需要以下哪种电源 之比一般 (选填“大于”“小于”或“等 A.低压直流电源 B.高压直流电源 于”)原线圈与副线圈的匝数之比。 C.低压交流电源 D.高压交流电源 5.一个教学用的简易变压器，两线圈的匝数未知，某 (2)该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈 同学想用所学变压器的知识测定两线圈的匝数。 匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数 (1)为完成该实验，除了选用电压表、导线外，还 不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副 需要选用低压 (选填“直流”或“交流”) 线圈电压值。由于交变电流电压是变化的，所 电源。 以，我们实际上测量的是电压的 (选填 (2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导 “有效”或“最大”)值。其中一次多用电表示数如 线C,然后将A线圈接电源。用电压表分别测出 图所示，此时电压表示数为 V。 线圈A、线圈B及线圈C两端的电压，记录在下 -V 面的表格中，则线圈A的匝数为 匝，线 2.5 圈B的匝数为 匝。 10 50 2 A线圈电压 B线圈电压 C线圈电压 8.0V 3.8V 0.2V (3)为减小线圈匝数的测量误差，你认为绕制线 (3)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 圈C的匝数应该 (选填“多一些”或“少 (选填“正比”或“反比”)，实验中由于变 压器的铜损和铁损导致原线圈与副线圈的电压： 些”)更好。 章末综合提升 【知识网络构建】 闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 「磁通量最大 线圈平面与中性面重合 感应电动势为零 产生 特殊位置 电流方向改变 磁通量为零 线圈平面与中性面垂直， 感应电动势最大 表达式：e=Emsin wt(从线圈位于中性面开始计时)，其中Em=NBSw 变 最大值：Em=NBSw 有效值：根据电流的热效应定义，正弦交流电 流 E= Em,U-- 表征交变电流的物理量 √2 √2 生 电流 周期T与频率∫的关系：T=子或∫= 平均值：E= △Φ △i 原理：互感现象 U1_西 U2 n2 理想变压器 基本规律I1_n2 I2 n1 P人=P出 功率损失：P损=2R线 电能输送 电压损失：U损=IR线 高压输电原理 97山分一卡得甜线用中也流 :[典例2][解析](1)实验中，必须要有学生电源提供交流 电，B需要；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器， 14=1=×25A=5A 需要用多用电表测量电压，C需要；本实验不需要条形磁 体，用可拆变压器来进行实验，G需要；综上所述，需要的实 输电线上损失的电功率 验器材为BCG。 P描=(10000-9500)W=500W (2)通过数据计算可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的 故输电线路导线电阻 R是-婴a=20n 电压之比等于原，剧线因的匝数之比，即元= 25 [答案](1)BCG(2)在误差允许的范围内，原、副线圈的 (3)降压变压器原线圈上的电压 P 电压之比等于原，副线图的面数之比，即哈一二 U,-U:-I.R-U:-U.R :[典例3][解析](1)由于变压器输入功率等于输出功率， =(2000-10000×20)V=1900V 采用的是降压变压器，根据P=UI可知，副线圈中的电流 2000 大，为了减小输电线上功率的损失，故副线圈电线电阻要 所以降压变压器的原、副线圈匝数之比 小，所以引线要粗，故a、d接6V,b、c接220V。 =U3=1900V95 (2)根据变压比等于匝教比可得可：一 nU,220V11 答案1)号 22n(8晋 U 所以2==0×300=11000匝。 6 素养演练·提升技能 (3)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一 1,AC[由理想变压器输入、输出功率相等可知P1=P2,即 些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计；考虑到这些损 01-01,U,=0 耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。 I ,A正确；输电线上的电压降为U线 由题知=801 =U一U1,B错误：输电线路上损失的电功率为P=Ir= 一60一之，由表中数据可知<7，所以接电 IU线=IU-IU1,C正确，D错误。] 源的是n。 2.C[输电线上的功率损失△P=I线R,电压损失△U=U- [答案](1)6V(2)11000(3)n 素养演练·提升技能 三1R,输电电流1三光，所以△P=JR=R三 :1.解析(1)“探究变压器线图两端的电压与匝数的关系”实 (号)R。,可见在输送功率P一定和输电线电阻一定时， 验要用低压交流电源和交流电表，变压器能改变电压，因此 为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电 △P与I成正比，△P与△U成正比，△P与U成反比，故： 压不超过12V,故选C。 C项正确。 (2)探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，为便 3D[原线图的电流为1=君由于P,U不支，故1不变， 于探究，应该来用控制变量法，故A正确；实验通电时，用手 接触裸露的导线、接线柱等检查电路，则将人体并联在电路 由片-产-长得PR=品R:迪疗-得 中，导致所测数据不准确，故B错误；使用多用电表测电压 时，先用最高量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，故 P=1R=(品R,片-故逸项D三] C错误。 答案(1)C(2)A 4,A[由于电炉靠近电源，流过a的电流，没有流过后面的！2，解析(1)根据电压表读数的方法可知，该变压器的输出电 输电线，不会引起输电线上电压降，接通与不接通对电路没： 有影响，则使用电炉a时对电灯的影响最小，故A正确。使！ 压为40V,所以变压器的原，副线图匝数之比== 用电炉b时，流过输电线的电流增大，输电线上的电压降增！ 大，电灯两端的电压减小，功率减小，所以使用电炉b时对 代=日故D正确，AB.C钻话。 电灯的影响比使用电炉a时大，故B错误。c离电源较远，c! (2)理想变压器的电压与匝数成正比，当只有一个副线圈的 靠近电灯，使用℃时，流过输电线的电流增大，输电线上的 时候，电流与匝数成反比，街头用电的变压器是降压变压 电压降增大，电灯两端的电压减小，功率减小，故C错误。 器，可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少，副线圈的电流较 b、C离电源都较远，根据上面分析，对电灯影响几乎一样，都 大，应该使用较粗的导线。 比使用a对电灯的影响大，故D错误。] 答案(1)D(2)副线圈 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 3解析1)由变压器的工作原理可知，猜想合理的同学是甲 同学。做出上述判断依据的物理规律是法拉第电磁感应 实验研析·创新学习 定律。 [典例1][解析](1)变压器改变的是交流电压，因此为了 (2)为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压（一般低于 保证人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电！ 12V)交流电源。 压不超过12V,A错误；实验通电前必须要先检查电路是 (3)使用多用电表时，应先将选择开关置于交流电压挡，并 否正确，通电时若用手接触裸露的导线、接线柱等，会将人！ 选用最大量程进行试测。 体并联接入电路中，导致所测数据不准确，同时也有安全隐！ 答案(1)甲法拉第电磁感应定律 患，B、C错误；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试 (2)低压（一般低于12V)交流 测，再选用恰当的挡位进行测量，故D正确。 (3)交流电压最大 (2)分析每组实验教据，可知号与丛的值近似相等，可得出4解析1)探究变压器原，副线圈的电压与匝数关系，必须 U,n3 用交流电，又因为安全起见必须用低压电，所以用低压交流 的实验结论是，在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电： 电源，故选C。 压比等于匝数比。 (2)多用电表测量的交流电压为有效值，不是最大值；多用 [答案](1)D(2)在误差允许范围内，变压器原、副线圈： 电表选用的挡位是交流电压的10V挡位，所以应该在0 的电压比等于匝数比 10V挡位读数，所以示数应该是7.2V。 223 U U-IR U 根据兰-儿可知，理想变压器原、副线图电压应与其匝」 1(R,十R)=,解得IFA(R,十R)十R,当滑动变阻 数成正比。实验中由于变压器的铜损和铁损导致副线圈的： 器的滑片向上滑动时，R接入电路的阻值减小，电流表的示 >。 电压U减小，所以导致>n 数I增大，变压器原线圈上的电压U,=U一IR,减小，根据 变压器原理，副线图上的电压也将减小，即电压表的示数减 答案(1)C(2)有效7.2(3)正比大于 小；电阻R。上消耗的功率P,=(kI)R。随电流I的增大将 5.解析 (1)需要选用低压交流电，安全且能产生交变的· 变大。故选C。 磁场。 [答案]C (2)根据变压器原理有”4=0 !针对训练 ne Ue UA =8.0×10=400(匝） 解得n=e=0.2} 3.AD[根据变压器电压变化规律得司：一： ==,A正确 1 同理有是号 根据支层器也流支化规件得号一受合B错送：说原线 圈两端的电压为J,则副线圈两端的电压为0.5U,,则副线 解得：8X10=190(®力 圈中的电流1，=05巴，根据电流关系得，原线图中的电流 R (3)根据-可知C的臣教越多，C的电压示教越大，测： L=0所以款+U=U=220V,解得U=176V,则 量越准确，故线图C的匝数应该多一些。 副线圈两端的电压为88V,C错误，D正确。] 答案(1)交流(2)400190(3)多一些 4.CL设R1、R,、Rg、R,的阻值为R。S断开时，设原线圈的 章未综合提升 电流为11，根据变压器知识可知12=211，而U1=11R十 核心素养提升 =9 2U,U,=·2R,可得U=91R,U,=41R,U=4 [典例1][解析]当滑动变阻器的滑片从c向d滑动的时： 候，滑动变阻器接入电路的电阻变小，副线圈的总电阻减： 小，假设副线圈的总电压不变，则副线圈的总电流即A,示 : 人鳞设：由P=R可知是行一子B格误：肉 =增大，由变压器的电流关系上=他可知原线图 数I,一R6 2,由并联电路分流可知1=1=号=1'，可得流垃 1 n R、R、R,三个电阻的电流相同，可知三个电阻消耗的电功 的总电流即A示数I1增大，则原线圈两端的电压即V示 数，一，一1R,减小又号-受可如到我图两黄的电 率相同，C正确：S闭合后，U1=1'R+2U,',U,'=1,.3S, 2 U. 压即V,示数U,减小，滑动变阻器两端的电压即V,示数 联立可知1，'=浪>1D错误。门 U,=U-12R。减小，故选C。 [答案]C 第四章电磁振荡与电磁波 针对训练 1 电磁振荡 1.A[当传感器R,所在处出现火警时，R。的电阻减小，导致 2电磁场与电磁波 副线圈电路的总电阻减小，则副线图的输出电流增大，根据必备知识·自主梳理 电流与匝数关系可知，原线图的输入电流增大，电流表A 一、1.周期性2.振荡电流3.(1)自感减少最大值电 测量的是原线圈的输入电流，则电流表A1示数变大；由于 场能磁场能(2)自感充电增多最多磁场能 电源的电压不变，则原线圈输入电压不变，匝数比不变，根 电场能(3)内能电磁波 据变压比可知，副线圈输出电压也不变，所以电压表V,的 1 示数不变，由于副线圈中电流增大，R,的两端电压变大，则· 二、1.时间2.次数3.2x√LC 2πC 电压表V,的示数变小，即R的两端电压变小，根据欧姆定三，，(1)感应电流(2)磁场(3)磁场2.磁场 律可知，电流表A,的示数变小，故A正确，B,CD错误。]四、1.电磁波2.垂直垂直3.光速5.(3)电磁场电磁 波感应电动势(4)电磁波 。输入电压的有效位为U=202V=220V,理想变即学即用 压思制我图的医数之比为号是罗=01A特让电器就电定半时华包对为幸时地为幸.电 n4可，=22 误；副线图中电流的频率等于原线图中电流的频率，∫= 中的电流最大，磁场能最大，A错误，B正确；电容器充电完 会一50H,B错误：滑片向下滑动的过程中，变阻器逢入电 毕时，带电荷量最大，电场能达到最大，C正确：回路中电流 值最小的时刻，磁场能最小，电场能最大，电容器带电荷量 路的电阻变小，输入电压及匝数比不变，输出电压不变，即： 最大，D正确。A符合题意。] 电压表V,的示数不变，根据欧姆定律可得副线图中的电流：3.A[C振荡电路中产生的振满电流的频幸∫= 1 :。变大，即电流表A的示数变大，C正确：滑片向 I:-R+Ro 2πc1 要想增大频率，应该减小电容C,或减小线图的自感系数L。 上滑动的过程中，变阻器连入电路的电阻变大，输入电压及· 匝数比不变，输出电压不变，R。消耗的功率P。= 根据C三知，增大电容器两极板的同距，电容减小，故 》R减小，箱出功率P一R干尺支小，所以输入功 U,2 A正确；升高电容器的充电电压，电容不变，故B错误；增加 R+Ro 线图的匝数、在线图中插入铁芯，自感系数增大，故C、D 率变小，D错误。门 错误。] [典例2][解析]设电流表的示数为I,理想变压器原、副：关键能力·合作探究 线图匝数之比为k,则根据变压器原理知副线图中的电流为要点1 kI,变压器副线图上的电压U2=kI(R。十R),变压器原线图：探究导入提示：线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自 上的电压U=U一IR,变压器原、副线图上的电压之比！感电动势，阻碍线图中电流的变化，电流逐渐增大，电容器 224