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变压器远距离输电实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
2026届高考物理人教版一轮复习
一、理想变压器
1.构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的__________组成的.
两个线圈
2.原理：原线圈中变化的电流在铁芯中激发变化的磁场，变化的磁场在副线圈中
产生感应电动势.
3.基本关系式
（1）功率关系：________.
（2）电压关系：_ _______.
（3）电流关系
①一个副线圈时，_ ______.
②多个副线圈时， _____________________.
二、远距离输电
1.输电原理图（如图所示）
2.电压损失: ____.
3.功率损失:_____ _ ______.
4.减少电能损失的方法:在输电功率一定时，提高输电电压 是减少电能损失的有
效方法.
考点一 实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
一、实验目的
1.了解变压器的构造、原理.
2.通过实验,探究出变压器电压与线圈匝数的关系.
二、实验方法与原理
1.方法：控制变量法.通过改变原、副线圈的匝数,探究原、副线圈的电压与匝数的
关系.
2.原理：互感.
三、实验步骤
1.按如图所示连接好电路图,并记录两个线圈的匝数.
2.接通学生电源,读出两个电表的电压值,并记录在表格中.
3.保持匝数不变,多次改变输入电压,记录每次的两个电压值.
4.保持学生电源的电压、原线圈的匝数不变,多次改变副线圈的匝数,记录每次的副
线圈匝数和对应的电压值.
四、误差分析
1.实际变压器存在各种损耗（漏磁，原、副线圈有电阻，铁芯中有涡流）.
2.交流电表的读数存在误差.
五、结论
原、副线圈的电压比与原、副线圈的匝数比相等.
六、注意事项
1.在改变学生电源的电压、线圈的匝数前均要先断开电源开关，再进行操作.
2.为了人身安全，学生电源的电压不能超过 ，通电时不能用手接触裸露的导
线和接线柱.
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用适当的挡位进行测量.
例1 [2023·江苏苏州模拟] 某实验小组用可拆变压器探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，可拆变压器如图甲、乙所示.
（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的是_____（填选项字母）.
BD
A.干电池
B.学生电源
C.直流电压表
D.多用电表
[解析] 给出的器材中，本实验需要用学生电源输出交流电压，需要用多用电表的交流电压挡测电压，故选B、D.
（2）关于本实验，下列说法正确的是____（填选项
前的字母）.
C
A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.因为使用的电压较低，通电时可直接用手接触裸露的导线进行连接
C.实验时可以保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，探究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D.变压器开始正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈
[解析] 为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，A错误；即使使用的电压较低，通电时也不可直接用手接触裸露的导线进行连接，这样操作时，将人体并联到电路中，将导致测量数据不准确，B错误；实验时可以保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，探究副线圈匝数对副线圈电压的影响，C正确；变压器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，D错误.
（3）某次实验中，用匝数匝和 匝的线圈实验，测量的数据如
下表所示，下列说法中正确的是____（填选项前的字母）.
1.80 2.80 3.80 4.90
4.00 6.01 8.02 9.98
C
A.原线圈的匝数为 ，用较粗导线绕制
B.副线圈的匝数为 ，用较细导线绕制
C.原线圈的匝数为 ，用较细导线绕制
D.副线圈的匝数为 ，用较粗导线绕制
[解析] 由表格数据可知 ，考虑到实验中
所用变压器并非理想变压器，即存在功率损失，使
得原、副线圈电压之比大于匝数比，所以原线圈的
匝数为，副线圈的匝数为 ，原线圈电压较大，
电流较小，所以原线圈用较细导线绕制，而副线圈
电压较小，电流较大，所以副线圈用较粗导线绕制，
故选C.
例2 做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验.
（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的有_______（填选项字母）.
BDE
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4& E.&5&
[解析] 实验中需要交流电源、变压器和交流电压表（多用电表），不需要干电池
和直流电压表，故A、C错误，B、D、 正确.
（2）下列说法正确的是_____（填选项前的字母）.
BD
A.变压器工作时副线圈的电流频率与原线圈不相同
B.实验中通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，
需要运用的科学方法是控制变量法
C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过
D.绕制降压变压器的原、副线圈时，副线圈导线比原线圈导线粗一些好
[解析] 变压器工作时只是改变电压，不改变频率，副线圈的电流频率应与原线圈
相同，故A错误；实验过程中，在原、副线圈匝数和原线圈两端电压三个变量中
保持两个不变，改变一个来探究原、副线圈电压比与匝数比的关系，用的是控制
变量法，故B正确；变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端
只能使用低压交流电源，所用交流电压不能超过 ，而用直流电压时变压器不
能工作，故C错误；观察两个线圈的导线，发现粗细不同，由变压器工作原理知
，匝数少的线圈电流大，则导线应该粗一些，绕制降压变压器的原、副线
圈时，由于副线圈的匝数少，所以副线圈导线比原线圈导线粗一些好，故D正确.
（3）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，
铁芯由相互绝缘的硅钢片平行而叠
成，硅钢片应平行于平面____（填
选项前的字母）.
D
A. B. C. D.
[解析] 根据楞次定律和右手螺旋定则可知，在上方铁芯中，两端处产生的涡流方
向与面平行，中部产生的涡流方向与面 平行，为了减小涡流在铁芯中产
生的热量，相互绝缘的硅钢片应垂直于面和面，即平行于面 ，故A、
B、C错误，D正确.
（4）交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的______（选填“平均”“有
效”或“最大”）值；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对
应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为______.
有效
[解析] 实验中测量的是电压的有效值；由题图乙可知，所选择挡位为交流电压
挡，由题图甲可知，此时电表读数为 .
（5）若用匝数匝和 匝的变压器做实验，对应的电压测量数据
如下表所示，则根据测量数据， 一定是____（选填“原”或“副”）线圈匝数.
实验次数 1 2 3 4
0.90 1.40 1.90 2.40
2.00 3.01 4.02 5.02
副
[解析] 由于有漏磁、原副线圈内阻分压等因素影响，所以从副线圈两端实际测量
出的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律得 ，由于表格中数据
总是略小于，故应该是副线圈的电压值， 一定是副线圈匝数.
考点二 理想变压器的原理及其应用
考向一 变压器基本物理量的分析与计算
例3 [2022·山东卷] 如图所示的变压器，输入电压为，可输出 、
、电压，匝数为的原线圈中电压随时间变化为 .单
匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为.将阻值为 的电阻
接在两端时，功率为 .下列说法正确的是( )
A.为1100匝，为
B.间线圈匝数为120匝，流过的电流为
C.若将接在两端，两端的电压为 ，频率为
D.若将接在两端，流过的电流为 ，周期为
[答案] D
[解析] 因为输入电压为 ，单匝线圈两端的电压
为，由，解得 匝，输入电压的
最大值为，A错误；将接在 两端时，电
压，同理得 间线圈匝数为120匝，
由欧姆定律得流过的电流 ，B错误；变压器不会改变电流的频
率，两端的电压，频率为，C错误； 两
端的电压，流过的电流 ，周期为
，D正确.
考向二 变压器电路的动态分析
例4 [2023·湖北武汉模拟] 在如图所示的电路中，
理想变压器的原、副线圈的匝数比为，在、
端输入电压为的正弦交流电， 为定值电阻，调
B
A. B. C. D.
节电阻箱，当时，电压表、电流表的示数分别为、 ，则下列说法
正确的是( )
[解析] 根据原、副线圈的电压、电流与匝数的关系有
, ，在原线圈回路中，有
，在副线圈回路中，有 ，
，联立解得， ，故B正确，A、
C、D错误.
例5 [2023·河南郑州模拟] 如图所示为理想的自耦变压器，其中 为变压器上的
滑动触头，为滑动变阻器上的滑片， 保持不变，则( )
D
A.不动，向下滑动时， 一直在减小
B.不动， 顺时针转动一个小角度时，
和 的比值不变
C.不动， 顺时针转动一个小角度时，
电流表读数在增大
D.顺时针转动一个小角度，同时 向下
滑动时，小灯泡的亮度可能不变
[解析] 不动， 向下滑动时，原、副线
圈的匝数不变，则不变，故A错误；
不动， 顺时针转动时，原、副线圈的匝
数比改变，则和 的比值改变，故B错
误；不动， 顺时针转动时，原、副线
圈的匝数比增大，根据可知，
减小，则减小，由可得，因也减小，故 减小，即电流表读数
减小，故C错误；顺时针转动一个小角度，同时向下滑动，则减小， 也减
小，小灯泡的亮度可能不变，故D正确.
例6 如图所示，、端接交流电源，理想变压器原线圈匝数为100匝，、 、
阻值相等.当开关断开时功率为，当闭合时功率为，且 ，
则副线圈匝数为( )
B
A.25 B.50 C.200 D.400
[解析] 设原、副线圈的匝数比为 ，开关断开时
原线圈中电流为 ，开关闭合时原线圈中电流为
，由，，可知 ，
设开关断开时副线圈中电流为 ，开关闭合时副
线圈中电流为，则开关断开时副线圈两端电压为 ，原线圈两
端电压为，总电压为 ，开关闭合时
副线圈电阻为，副线圈两端电压为 ，原线圈两
端电压为，总电压为 ，联立
解得，则副线圈的匝数为 ，故B正确.
考向三 副线圈含二极管的变压器 多副线圈问题
例7 （多选）[2023·四川绵阳模拟] 如图所示，
理想变压器原、副线圈的匝数之比
，原线圈接
的交流电，电阻 ，D为理想二
极管，则( )
BC
A.通过电阻的电流为 B.二极管的反向耐压值应大于
C.原线圈的输入功率大于 D.通过原线圈的电流为
[解析] 由交流电瞬时值表达式知，原线圈电压
有效值为，根据 得，
副线圈两端电压有效值为 ，则通
过电阻的电流为 ，故
A错误；因为副线圈两端电压最大值为 ，所以二极管的反向耐压值应大于
，故B正确；根据电流热效应定义有，解得 两端电压的有
效值为，则通过的电流为 ，副线圈输出的总功率
，原原圈的输入功率也为 ，故C正确；通过原线圈的
电流 ，故D错误.
例8 （多选）[2021·河北卷] 如图所示，发电机的矩形线圈长为、宽为 ，匝
数为，放置在磁感应强度大小为 的匀强磁场中.理想变压器的原、副线圈匝数
分别为、和，两个副线圈分别接有电阻和.当发电机线圈以角速度
匀速转动时，理想电流表读数为 .不计线圈电阻，下列说法正确的是( )
BC
A.通过电阻的电流为
B.电阻两端的电压为
C.与的比值为
D.发电机的功率为
[解析] 矩形线圈在匀强磁场中转动，
产生正弦式交流电的电动势的最大值
，变压器的输入电压
，根据变压器的
原理可知， ，则
两端的电压，通过的电流 ，A错误，B正
确；，C正确；发电机的功率 ，因为变压器的输入功率
等于输出功率，有，则 ，
，所以 ，D错误.
考点三 远距离输电问题
远距离输电问题的“三、二、一”
（1）理清三个回路
在回路2中，， .
（2）抓住两个联系
，， .
，， .
（3）掌握一个守恒
.
例9 [2020·浙江7月选考] 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率
，发电机的电压 ，经变压器升压后向远处输电，输电线总
电阻 ，在用户端用降压变压器把电压降为 .已知输电线上损
失的功率 ，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是
( )
C
A.发电机输出的电流
B.输电线上的电流
C.降压变压器的匝数比
D.用户得到的电流
[解析] 发电机输出的电流
，选项A错
误.输电线上的电流
，选项B
错误.升压变压器副线圈两端的电压 ，输电线损
耗的电压 ，降压变压器原线圈两端的电压
，故降压变压器的匝数比 ，选项C正
确. 降压变压器输出的功率 ，故用户得到的电流
，选项D错误.
例10 [2023·湖南长沙模拟] 我国已投产运行的 特高压直流输电工程是
目前世界上电压等级最高、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输电容
量可达1200万千瓦.输电的简化流程可用下图展示.若直流输电的线路电阻为 ，
变压、整流过程中的电能损失忽略不计，直流和交流逆变时有效值不发生改变.当
直流线路输电的电流为 时，下列说法正确的是( )
A.输电功率为
B.输电导线上损失的功率为，损失的电压为
C.降压变压器的匝数比应小于
D.若保持输送功率不变，用的电压输电，用户得到的功率比 输电
时减少
[答案] B
[解析] 输电功率为 ，故A错误；输电导线上损失的功率为
，损失的电压为 ，故B正确；逆变成交
流电的有效值为，受端换流站的电压为 ，则降压
变压器的匝数比 ，故C错误；若保持输送功率不变，用
的电压输电，则输送电流为 ，用户得到的功率
，比 输电时减少
，故D错误.
用等效法处理变压器问题
1.等效电阻的建立
证明：如图甲所示，设原线圈的电压为、电流为，副线圈的电压为 、电流
为，副线圈所接负载为，变压器原、副线圈匝数分别为、 .由欧姆定律可
知，令原线圈、副线圈的匝数之比 ，根据变压器规律可知
，，联立可得 ，
甲
所以可将变压器和副线圈所接负载整体看成阻值为 的等效电阻直接连在原线
圈一侧，等效电路如图乙所示.
乙
结论：在只有一个副线圈的理想变压器电路中，设原线圈、副线圈的匝数之比为
，负载电阻为 ，则变压器和负载电阻整体可以等效为一个新电阻，其阻值
.
2.等效电源的建立
证明：如图丙所示，设原线圈的电压为、电流为，副线圈的电压为 、电流
为，副线圈所接负载为，与原线圈串联的定值电阻为 ，变压器原、副线圈
匝数分别为、.将变压器、定值电阻 与原交流电源看为一个整体，等效为一
个新的电源，令新电源的电动势为，新电源的等效内阻为 ，作出等效后的电
路图如图丁所示.
丙
丁
对图丙，由串联电路的规律得，令，则， ，联立
可得 .
对图丁，由闭合电路欧姆定律得 .
对两式比较，可得， .
丙
丁
结论：理想变压器中与原线圈串联的定值电阻为，交流电源输出电压为 ，设
原线圈、副线圈的匝数之比为，则变压器、定值电阻 与原交流电源整体
可等效为一个新电源，新电源的电动势，新电源的内阻 .
例11 [2022·湖南卷] 如图所示，理想变压器原、副
线圈总匝数相同，滑动触头 初始位置在副线圈正中
间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源.定值电阻
的阻值为，滑动变阻器的最大阻值为 ，滑片
初始位置在最右端.理想电压表的示数为 ，理想电
流表A的示数为 .下列说法正确的是( )
B
A.保持位置不变，向左缓慢滑动的过程中，减小， 不变
B.保持位置不变，向左缓慢滑动的过程中， 消耗的功率增大
C.保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中，减小, 增大
D.保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中， 消耗的功率减小
［导思］ 可以用常规解法、等效电阻法、等效电源法三种方法进行分析.
[解析] 方法一（常规解法）保持 位置不变时，
原、副线圈的匝数比为2，则副线圈的电流为 ，
根据欧姆定律可得副线圈的电压有效值为
，则变压器原线圈的电压有效值为
，设输入交流电的电压有效值为
，有，可得，保持
位置不变，向左缓慢滑动的过程中，减小，则 变大，根据欧姆定律可知变
压器原线圈的电压有效值变大，输入电压有效值不变，则 两端的电
压不断变小，电压表示数 变小，原线圈的电压、电流都变大，则变压器的输入
功率变大，根据原、副线圈的功率相等，可知 消耗的功率增大，故B正确，A
错误；设原、副线圈的匝数比为，则， ，整
理可得，保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中，变大，则 变
小，由欧姆定律，可知变小，根据原、副线圈的功率相等可知 消耗的
功率，整理可得，当时， 消
耗的功率有最大值，可知 消耗的功率先增大后减小，故C、D错误.
方法二（等效电阻法）设原、副线圈的匝数比为 ，根据等效电阻原理，把变
压器的原、副线圈和负载整体看作一个等效电阻，其阻值 ，设输入交
流电的电压有效值为，则.保持位置不变， 向左缓慢滑动的过程
中，减小，则增大，等效电阻两端电压增大，则减小，等效电阻 消耗的
功率增大，即消耗的功率增大，A错误，B正确；保持位置不变， 向下缓慢
滑动的过程中，增大，等效电阻增大，由可知减小，由 可
知减小，C错误；由电源输出功率的规律可知，当，即时， 消耗
的功率有最大值，可知 消耗的功率先增大后减小，故D错误.
方法三（等效电源法）设原、副线圈的匝数比为 ，输入交流电的电压有效值
为，根据等效电源原理，把输入端、变压器的原、副线圈和 整体看作一个等
效电源，其电动势，内阻.保持位置不变， 向左缓慢滑动的过程
中，减小，则减小，流过的电流即流过副线圈的电流 增大，则原
线圈中的电流增大，消耗的功率增大，A错误，B正确；保持位置不变，
向下缓慢滑动的过程中，增大，由和联立，代入和 ，
解得，可知减小，由可知 减小，C错误；等效电源输出功率
即消耗的功率，当时， 消耗的功率有最
大值，可知 消耗的功率先增大后减小，故D错误.
变式1 [2023·山东济南模拟] 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 ，
原线圈与定值电阻 串联后，接入输出电压有效值恒定的正弦交流电源.副线圈电
路中负载电阻为可变电阻，A、为理想交流电表.当 时，电流表的读
数为，电压表的读数为 ，则( )
ACD
A.电源输出电压为
B.电源输出功率为
C.保持阻值不变，当 时，电压
表的读数为
D.保持阻值不变，当 时，变压
器输出的功率最大
[解析] 方法一（常规解法）当 时，
电流表的读数为，电压表的读数为 ，
所以 ， ，理想变压器原、
副线圈匝数之比为 ，根据电压与匝数成
正比得原线圈两端的电压 ，根据电流与匝数成反比得原线圈中的电流
，所以电源输出电压，电源输出功率 ，
故A正确，B错误；设副线圈两端的电压为 ，根据欧姆定律得副线圈中的电流
为，则原线圈中的电流是，所以电源的输出电压 ，副线圈
输出电压与电阻的关系为 ，变压器输出的功率
，其中， ，所以当
时，变压器输出的功率最大，为，此时 ，故C、D
正确.
方法二（等效电阻法）因原、副线圈的匝数之比为 ，则等效负载
， ， , ，所以
，，A正确，B错误；当 时，
，，，则 ，C正确；
将等效为电源的内阻，则，即 时，输出功率最大，D正
确.
方法三（等效电源法）设电源输出电压为，因原、副线圈的匝数之比为 ，
将变压器、定值电阻 与原交流电源看为一个整体，等效为一个新电源，则新电
源的电动势，新电源的内阻.当时，电流表的读数为 ，电
压表的读数为，所以 ，，由电流表的读数 ，代入
和，解得，电源输出功率 ，故A正确，B错误；新电
源的电动势，内阻 ，保持 阻值不变，
当 时，电压表的读数为电动势的一半，即为 ，C正确；当
时，等效电源的输出功率最大，即变压器输出的功率最大，D正确.
变式2 （多选）如图所示，理想变压器原、副线圈分
别与电阻、连接，.现通过移动滑片 来改
变原线圈的匝数，使原线圈和副线圈接入电路的匝数分
别为、 ，已知交流电源的电压瞬时值表达式为
，下列说法中正确的是( )
AD
A.当时，电压表的示数小于
B.通过电阻的交变电流的频率为
C.当滑片 向下移动时，电压表的示数将变大
D.当移动滑片使时，电压表的示数为
[解析] 方法一：电源电压有效值为 ，如果原线圈
上无电阻 ，则由电压之比等于匝数之比可知，副线圈
两端电压有效值为，但实际上有电阻 分压，所
以电压表示数小于 ，故A正确；由交变电流的瞬时
值表达式可知，频率为 ，变压器不改变交变电流
的频率，故B错误；，，又， ，联立可得
，若从大于 开始减小，则由数学知识可
知，先增大后减小，故C错误；由C项分析可知，当时， ，此
时 ，故D正确.
方法二：A、B项分析同方法一；由等效负载电阻法，， 下移时，
减小，则 减小，根据串联电路分压规律知等效负载两端电压减小，而
，若从大于开始减小，则由数学知识可知，电压表示数 先增
大后减小，故C错误；当时， ，根据串联电路分压规律可知
副线圈两端电压为 ，故D正确.

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