3.3 第1课时 实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系-《学霸笔记·同步精讲》2026-2027学年高中物理选择性必修第二册教师用书Word（人教版）

3.变压器 1.了解变压器的构造及工作原理。（物理观念） 2.掌握理想变压器的三个基本关系。（科学思维） 3.理解自耦变压器和互感器的构造特点及应用。（科学思维） 4.通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。（科学探究） 第1课时　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 一、实验目的 　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。 二、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 （1）保持n1一定，研究U2和　n2　的关系。 （2）保持n2一定，研究U2和　n1　的关系。 三、实验器材 　学生电源（低压交流，小于12 V）1个、可拆　变压器　1个（如图所示）、　多用电表　（交流电压挡）2个、导线若干。 四、实验步骤 1.如图所示，连接好电路，将两个　多用电表　调到交流　电压　挡，并记录两个线圈的匝数。 2.用多用电表的　电压　挡测原线圈的电压，记录到表格中。 3.保持原线圈的匝数不变，改变　副线圈　的匝数，用多用电表分别测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。 4.保持副线圈匝数不变，改变　原线圈　匝数，用多用电表分别测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。 五、数据处理 1.将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入表中。 原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈电压U1 副线圈电压U2 100 300 2 V 100 400 2 V 200 400 2 V 300 400 4 V 400 400 6 V 400 100 8 V 400 100 4 V 2.由表格数据得出结论 （1）当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大。进一步研究可知，副线圈电压与副线圈匝数成正比。 （2）当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小。进一步研究可知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。 六、误差分析 1.由于漏磁，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。 4.电表的读数存在误差。 七、注意事项 1.在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。 2.为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，不能用手接触裸露的导线和接线柱。 （2026·安徽蚌埠期末）小明同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验。他准备了可拆变压器（如图）、低压交流电源、多用电表、开关和导线若干。 （1）交变电压是周期性变化的，实际上多用电表测量的是电压的　有效值　（选填“最大值”“有效值”或“平均值”）； （2）在实验中得到实验数据如表所示，表中n1、 n2分别为原、副线圈的匝数，U1、 U2分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析，你的结论是：在误差允许的范围内，　原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比　； 实验次数 n1/匝 n2/匝 U1/V U2/V 1 400 800 6.0 11.92 2 400 1 600 6.0 23.90 3 100 200 4.1 7.96 （3）从 （2） 问表格中数据发现没有严格遵循变压器原、副线圈电压与匝数的关系，其原因不可能是　D　（填正确选项前字母）。 A.原、副线圈通过电流时发热 B.铁芯在交变磁场作用下发热 C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入交变电流的频率发生变化 解析：（1）多用电表测量的是电压的有效值。 （2）通过实验数据可知，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝。 （3）表格中数据发现没有严格遵循变压器原、副线圈电压与匝数的关系，其原因可能是漏磁、发热，但交变电流的频率变化时，不会改变原、副线圈的电压比例关系，故选D。 （2026·江西新余期末）某学校高二（2）班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。 （1）某同学将正弦交流电源接在原线圈“0”和“4”两个接线柱上，用交流电压表先测量原线圈各接线柱间的电压，再测量副线圈各接线柱间的电压，将测得的电压U与对应匝数n中的部分数据描绘在U-n图像上（如图丙），则原线圈电压约为　4.0　V。（保留2位有效数字） （2）变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计的原因是　B　（填正确选项前字母）。 A.增大涡流，提高变压器的效率 B.减小涡流，提高变压器的效率 C.增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量 （3）变压器选用左侧和右侧匝数分别为n1、n2的接线柱多次实验，用传感器测得左侧接线柱之间的电压为U1，右侧接线柱之间的电压为U2，数据如表所示，根据真实实验数据，原、副线圈电压比总是　略大于　（选填“略大于”或“略小于”）对应匝数比，造成这一误差的原因可能为：　漏磁、发热等损失　。 n1/匝 4 1 4 1 n2/匝 2 2 14 8 U1/V 8.01 6.01 4.41 2.62 U2/V 3.99 11.92 15.21 20.58 解析：（1）正弦交流电源接在原线圈“0”和“4”两个接线柱上，即原线圈共4匝，由U-n图像可读得n＝4匝对应的电压为U＝4.0 V。 （2）涡流现象能在导体内部损耗能量，利用薄硅钢片叠压而成，增大电阻，从而减小涡流，提高效率，故选B。 （3）根据表格数据可知，在误差允许的范围内＞，即原、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为漏磁、发热等损失，导致实际输出电压U2小于理论输出电压。 1.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中： （1）下列器材在实验中不需要用到的有　AC　（填选项前字母）。 （2）通过理论分析可得理想变压器两端的电压与匝数关系为＝，若在实验中用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器，对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据，下列说法正确的是　B　（填选项前字母）。 　　　实验次数 电压　　 1 2 3 4 U1/V 0.90 1.40 1.90 2.40 U2/V 2.00 3.01 4.02 5.02 A.N1一定是原线圈 B.N2一定是原线圈 C.N1可能是副线圈 D.N2可能是副线圈 解析：（1）实验中需用交流电源，不需干电池；通过改变原、副线圈的匝数探究变压器两端的电压与匝数的关系，不需要滑动变阻器，即不需要A、C。 （2）根据变压器两端的电压与匝数关系＝和表格数据可知，由于变压器有一定的能量损失，所以N2一定为原线圈。 2.在“探究变压器线圈两端电压与匝数关系”的实验中，小型可拆变压器的原、副线圈匝数分别为n1＝120匝、n2＝240匝，某实验小组在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表的交流电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示。 实验序号 原线圈两端的电压U1/V 副线圈两端的电压U2/V 1 3.9 8.2 1∶2.1 2 5.9 11.8 1∶2.0 3 7.8 15.2 1∶1.9 （1）实验小组根据测得的数据在表格中算出U1、U2的比值，还有一组U1、U2的比值没有算出，把求出的结果填在表格中。 （2）本实验可得出结论：变压器线圈两端电压与匝数关系近似为　＝　（用题目中给出的字母表示）。 （3）该变压器是　升压　（选填“升压”或“降压”）变压器。 解析：（1）第三组数据为＝≈。 （2）线圈匝数之比＝＝，结合表格中的数据知，在误差允许的范围内线圈两端电压与匝数的关系是＝。 （3）从表格中的数据可知副线圈匝数多、电压高，所以该变压器是升压变压器。 3.（2026·浙江温州联考）探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中 （1）该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法　B　（选填“A”或“B”）； （2）实验中，可拆变压器如图所示，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成，硅钢片应平行于平面　D　（填选项前字母）； A.abcd B.abfe C.abgh D.aehd （3）某次用匝数na＝400匝和 nb＝800匝的线圈进行实验，测量的数据如下表所示，下列说法正确的是　A　（填选项前字母）。 Ua/V 2.10 3.18 4.22 5.03 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 A.原线圈的匝数为na，原、副线圈两端的电压与匝数成正比 B.副线圈的匝数为 na，原、副线圈两端的电压与匝数成反比 C.原线圈的匝数为 nb，原、副线圈两端的电压与匝数成正比 D.副线圈的匝数为nb，原、副线圈两端的电压与匝数成反比 解析：（1）该实验中变压器原线圈接线柱应接学生电源的交流输出端，故选B。 （2）铁芯内的涡流与磁感线垂直，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，硅钢片应与涡流所在平面垂直，故硅钢片应平行于平面aehd，故选D。 （3）根据法拉第电磁感应定律可得，原、副线圈两端的电压分别为U1＝n1，U2＝n2 故原、副线圈两端的电压与匝数成正比，由于实际的变压器存在漏磁，故＜ 则＞，由表格中的数据可知，＞＝，故原线圈的匝数为na，故选A。 4.在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，小明同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究。 （1）本实验中，除可拆变压器外，下列器材中还需要的有　BD　（填选项前字母）。 A.低压直流电源 B.交流电压表 C.刻度尺 D.开关、导线若干 （2）小明同学将图中变压器的原线圈接线柱0、8与低压直流电源的输出端相连，选择开关置于12 V挡，则与副线圈0、2接线柱相连的电压表示数可能是　D　（填选项前字母）。 A.48.0 V B.4.0 V C.3.6 V D.0 V （3）小明正确选材并接线后，记录如表所示四组实验数据。 N1/匝 100 100 200 200 N2/匝 200 400 400 800 U1/V 2.10 1.95 5.22 2.35 U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64 分析表中数据可知，N1一定是　副　（选填“原”或“副”）线圈的匝数。 解析：（1）本实验中选用低压交流电源，故用交流电压表测量副线圈两端的电压，另外本实验还需要开关、导线若干。故选BD。 （2）变压器的原线圈与低压直流电源的输出端相连，可知副线圈中磁通量不变，则副线圈中无感应电流，即副线圈所接电压表无示数。故选D。 （3）由题表中数据可得，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，即＝，由于存在漏磁、铁芯发热、导线发热等影响，变压器的副线圈两端测得的电压略小于理想值，故可知N1一定是副线圈的匝数。 5.（2026·广东深圳期末）某实验小组用可拆变压器做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”的实验。 （1）保持输入电压以及原线圈的匝数不变，改变副线圈匝数，研究输出电压跟原、副线圈匝数比的关系，该过程主要运用的科学方法是　控制变量法　； （2）以下给出的器材中，本实验可能需要用到的有　BD　（填选项前的字母）； （3）为研究变压器横梁的作用，把没有安装横梁跟安装了横梁的变压器进行对比实验，结果如下表所示。请根据实验结果分析横梁在其中起到的作用：　变压器横梁用于形成闭合磁路，减少漏磁和磁阻，从而尽可能准确得出变压器线圈两端的电压与原、副线圈匝数的关系　。 n1匝 n2匝 U1 U2 没有横梁 100 200 4.00 V 4.68 V 装上横梁 100 200 4.00 V 7.99 V 解析：（1）保持输入电压以及原线圈的匝数不变，改变副线圈匝数，研究输出电压跟原、副线圈匝数比的关系，该过程主要运用的科学方法是控制变量法。 （2）本实验原线圈需要连接低压交流电源，所以需要学生电源；需要用交流电压表测量副线圈的输出电压，所以需要多用电表（交流电压挡）。故选B、D。 （3）由表格数据可知变压器横梁用于形成闭合磁路，减少漏磁和磁阻，从而尽可能准确得出变压器线圈两端的电压与原、副线圈匝数的关系。 6.如图用可拆变压器探究“变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”实验中： （1）下列说法正确的是　C　（填选项前字母）。 A.为了人身安全，只能使用不超过12 V的低压直流电源 B.穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量 C.测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡” D.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈 （2）通过实验已得出结论＝，本实验想采用控制变量法重新研究，原线圈的匝数为n1，电压为U1，副线圈的匝数为n2，电压为U2，下列三幅图中，能正确反映本实验结果的有　AC　（填选项前字母）。 解析：（1）为了人身安全，只能使用不超过12 V的低压交流电源，选项A错误；由于变压器不是理想的，有“漏磁”，则穿过副线圈的磁通量小于原线圈的磁通量，选项B错误；测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，选项C正确；变压器开始正常工作后，通过电磁感应把电能由原线圈输送到副线圈，而不是通过铁芯导电，选项D错误。。 （2）通过实验已得出结论：＝，则U2＝，则U2-n2图像和U2-U1图像为过原点的倾斜直线，U2-n1图像为曲线，故选A、C。 8 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $