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实验14　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
原理与装置图 实验操作 注意事项
实验方法： 采用控制变量法 1.要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压的最大量程进行测量。 2.把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。 3.用交流电压表测量输入、输出电压。 4.改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压。 5.改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压。 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。
数据处理 1.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。 2.实验结论：原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比。
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(铜损)，造成误差。 3.铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。 4.多用电表的读数存在偶然误差。
考点一　教材原型实验
　(2026·浙江杭州高级中学模拟)某实验小组做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)(多选)下列给出的器材中，本实验可能要用到的有________。
(2)(多选)下列说法正确的是__________。
A．变压器工作时副线圈中电流的频率与原线圈不相同
B．为了保证人身安全，实验中只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V
C．实验中要通过改变原、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
D．绕制降压变压器的原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些
(3)若用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器做实验，对应的电压U1和U2测量数据如表所示。根据测量数据，则N1一定是________(选填“原”或“副”)线圈。
实验次数 1 2 3 4
U1 1.9 2.9 3.8 4.8
U2 4.0 6.0 8.0 10.0
解析：(1)变压器的工作原理是互感现象，需要能够提供交流电压的电源，干电池只能提供直流电压，学生电源可以提供交流电压，故A不需要、B需要；直流电压表不能测量交流电压，故C不需要；该实验需要变压器，故D需要。故选BD。
(2)变压器工作时副线圈中电流的频率与原线圈相同，故A错误；实验中只能使用低压交流电源，故B错误；实验中要通过改变原、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，故C正确；根据n1I1＝n2I2，对于降压变压器n1>n2，I1(3)由于有漏磁，原副线圈内阻分压等因素，所以副线圈实际测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律有，由表中数据可知，U1总是小于，则N1一定是副线圈。
答案：(1)BD　(2)CD　(3)副
考点二　拓展创新实验
　(2025·广东两校联合模拟)功放内部的变压器一般为环状，简称环牛。某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系(环牛效率极高，可看成理想变压器，其示意图如图所示)。
(1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n1、n2的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕n＝70匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为U＝24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表2连接在次级线圈(右侧)上，若理想交流电压表1的示数U1＝3.0 V，理想交流电压表2的示数U2＝12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝____________。
(2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u＝220sin 100πt (V)的电压，则连接在次级线圈(右侧)上的理想交流电压表2的示数为__________ V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，实验中测得的原、副线圈的电压比__________(选填“大于”“等于”或“小于”)原、副线圈的匝数比。
(4)(多选)导致实验误差的主要原因可能是____________。
A．变压器的铁芯漏磁
B．原线圈所加电压小
C．变压器的铁芯产生涡流
解析：(1)根据理想变压器变压规律得
解得n1＝560，n2＝280。
(2)初级线圈所接交流电压的有效值
U＝＝220 V
根据理想变压器变压规律得
解得U2＝110 V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，导致副线圈电压实际值比理论值小，故实验中测得的原、副线圈的电压比大于原、副线圈的匝数比，即不是理想变压器。
(4)变压器的铁芯漏磁，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故A正确；原线圈所加电压小不是导致实验误差的主要原因，故B错误；变压器的铁芯产生涡流，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故C正确。故选AC。
答案：(1)280　(2)110　(3)大于　(4)AC
[创新角度分析]
1．实验原理创新：设计多个副线圈，多重验证。
2．实验器材创新：利用功放中环牛的高效率，探究理想变压器的变压比。
　(2023·重庆卷，12)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。图甲为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器Rp的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电)。
甲 乙
丙
(1)闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数________(选填 “变大”“不变”或“ 变小”)。
(2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图乙所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为________(保留3位有效数字)。
(3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如图丙所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图丙可知，当频率为1000 Hz时，R0两端的电压为________mV；当频率为50 Hz时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为________Ω的电阻串联。(均保留3位有效数字)
解析：(1)闭合S1，滑动变阻器RP是分压接法，滑片P向右滑动后，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。线圈L1两端的电压增大，因此与滑动前相比，电表的示数变大。
(2)线圈L1两端的电压为U1＝2500 mV。由u-t图像可得，线圈L2两端电压为U2＝ mV，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为≈12.6。
(3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。由U-R关系曲线可得，当频率为1000 Hz、负载电阻R0＝20 Ω时，R0两端的电压为UR0＝272 mV。当频率为50 Hz时，为保持R0两端电压不变，需保持电流不变，I＝，在U-R关系曲线中作出直线U＝R，由直线与50 Hz曲线交点可知R＝32 Ω，故需给R0串联一电阻，此串联电阻值为R串＝R－R0＝12.0 Ω。
答案：(1)变大　(2)12.6　(3)272　12.0(11.8～12.2均可)
[创新角度分析]　实验目的创新：以研究某变压器的交流电频率对输出电压的影响，替代探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
限时规范训练(72)　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
(建议用时：40分钟　满分：45分)
(选择题1题5分，共5分)
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”
解析：A　可拆卸变压器原副线圈匝数之比与左、右侧接线柱对应数字差值成正比，设n为接线柱单位匝数，右侧接线柱选取“0”和“4”，则右侧线圈匝数为n1＝4n，联立求解左侧线圈匝数n2＝2n，则左侧线圈应选匝数为2n的接线柱，对应“0”和“2”，A正确。
2．(10分)(2025·河南三门峡重点高中一模)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用可拆式变压器如图甲所示，小明同学选用变压器原线圈匝数n1＝800匝和副线圈匝数n2＝400匝的位置进行实验，并把输入电压调至交流电压U1＝4 V，则可测得副线圈电压U2为________V。小李同学实验中将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈电压U2随时间t变化的图像如图乙所示，在t1时刻该同学先断开开关，t2时刻再闭合开关，则t1～t2时间内进行的操作可能是________(填字母)。
甲　　　　　　　　　　乙
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
解析：由变压器电压与匝数关系式，解得U2＝2 V。根据图像可知，t2时刻之后，副线圈两端电压的峰值增大，即副线圈两端电压的有效值增大，但是电压的周期没有发生变化，则频率没有发生变化，变压器不改变频率，即交流电源的频率没有发生变化，故A错误；结合上述，副线圈两端电压的有效值增大，若拧紧了松动的铁芯，变压器漏磁减小，副线圈磁通量的变化率增大，副线圈两端电压增大，故B正确；若没有漏磁与铁损，根据电压匝数关系有，可知，若仅仅减少了副线圈的匝数，副线圈电压减小，若仅仅增大原线圈匝数，副线圈两端电压减小，故CD错误。故选B。
答案：(1)2　(2)B
3．(10分) (2025·四川成都外国语二模)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，所使用的可拆变压器如图甲所示。
甲
(1)观察两个线圈的导线，发现导线的粗细不同，导线细的线圈匝数较____________(选填“多”或“少”)。
(2)(多选)结合所记录的实验数据，某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值，则可能的原因是__________。
A．可拆式变压器的铁芯未完全封闭
B．原副线圈有电阻
C．铁芯在交变磁场作用下发热
D．原线圈存在匝间短路
(3)实验时，某同学听到变压器内部有轻微的嗡嗡声，他做出如下猜想，正确的是________。
A．“嗡嗡”声来自交变电流在线圈中产生变化磁场时发出的
B．“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音
C．交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声
(4)之后，该同学又仔细观察铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成，如图乙所示，金属片应平行于________。
乙
A．平面abfe B．平面adhe
C．平面adgf
解析：(1)观察两个线圈的导线，发现导线的粗细不同，导线细的线圈电流小，两端电压较大，则匝数较多。
(2)某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值，则可能的原因是，可拆式变压器的铁芯未完全封闭、原副线圈有电阻、铁芯在交变磁场作用下发热等损耗引起的，原线圈存在匝间短路时，导致原线圈匝数减小，则副线圈电压增大；故选ABC。
(3)由于交变磁场的作用，变压器铁芯硅钢片产生涡流，使变压器振动而发出声音，正常情况下这种声音是清晰而有规律的，但若螺丝没有拧紧，变压器就会发出明显的“嗡嗡”低鸣声；但不是副线圈中电流流动的声音，故AB错误；接入交流电后有很强的声音，则说明交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，铁芯振动发声，故C正确。故选C。
(4)为了减小涡流的产生，应使硅钢片的方向与磁场方向平行，所以硅钢片相叠时应平行于平面adhe。故选B。
答案：(1)多　(2)ABC　(3)C　(4)B
4．(10分)(2025·山东省实验中学一模)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，学校某实验小组的同学们采用了如图甲、乙、丙所示的可拆式变压器和电路图进行研究。
甲　可拆变压器零部件　 　乙　组装后的变压器
丙　实验电路图
(1)(多选)下列说法正确的是________。
A．实验中要通过改变原、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
B．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12 V
C．降压变压器的副线圈导线最好比原线圈导线粗一些
(2)在某次实验中，其中一个多用电表读数如图丁所示，此电压表读数为_______V。
丁
(3)同学们在实验过程中，记录如下表所示四组实验数据。
第一组 第二组 第三组 第四组
N1/匝 100 100 100 200
N2/匝 200 400 400 400
U1/V 1.85 0.91 1.81 3.65
U2/V 4.00 4.00 8.00 8.00
①分析表中数据可知，N1应是______(选填“原”或“副”)线圈的匝数。
②(多选)进一步分析数据可发现：原、副线圈电压比与匝数比不严格相等，对该现象分析，下列观点正确的是______。
A．原、副线圈的电压的频率不相等
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．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量
解析：(1)实验中要通过改变原、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，A正确；不能使用直流电源，因为直流电源变压器不工作，B错误；降压变压器副线圈的电流大于原线圈的电流，所以副线圈导线最好比原线圈导线粗一些，C正确。故选AC。
(2)根据图丁，量程是10 V，所以电压表的读数是7.4 V。
(3)根据实验数据得U1答案：(1)AC　(2)7.4　(3)①副　②BC
5．(10分)(2025·湖北襄阳四中一模)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。
甲　可拆变压器零部件　 乙　组装后的变压器
丙
(1)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
(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__________。
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
(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，在调节可变电阻R的过程中，当R＝________时(用n1、n2、R0表示)，R获得的功率最大。
解析：(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控制变量法。故选C。
(2)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。故选D。
(3)根据变压器原理可得，根据欧姆定律R＝，则题图丙实线框内电路的等效电阻为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R′＝R0，解得R＝R0。
答案：(1)C　(2)D　(3)R0限时规范训练(72)　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
(建议用时：40分钟　满分：45分)
(选择题1题5分，共5分)
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”
解析：A　可拆卸变压器原副线圈匝数之比与左、右侧接线柱对应数字差值成正比，设n为接线柱单位匝数，右侧接线柱选取“0”和“4”，则右侧线圈匝数为n1＝4n，联立求解左侧线圈匝数n2＝2n，则左侧线圈应选匝数为2n的接线柱，对应“0”和“2”，A正确。
2．(10分)(2025·河南三门峡重点高中一模)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用可拆式变压器如图甲所示，小明同学选用变压器原线圈匝数n1＝800匝和副线圈匝数n2＝400匝的位置进行实验，并把输入电压调至交流电压U1＝4 V，则可测得副线圈电压U2为________V。小李同学实验中将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈电压U2随时间t变化的图像如图乙所示，在t1时刻该同学先断开开关，t2时刻再闭合开关，则t1～t2时间内进行的操作可能是________(填字母)。
甲　　　　　　　　　　乙
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
解析：由变压器电压与匝数关系式，解得U2＝2 V。根据图像可知，t2时刻之后，副线圈两端电压的峰值增大，即副线圈两端电压的有效值增大，但是电压的周期没有发生变化，则频率没有发生变化，变压器不改变频率，即交流电源的频率没有发生变化，故A错误；结合上述，副线圈两端电压的有效值增大，若拧紧了松动的铁芯，变压器漏磁减小，副线圈磁通量的变化率增大，副线圈两端电压增大，故B正确；若没有漏磁与铁损，根据电压匝数关系有，可知，若仅仅减少了副线圈的匝数，副线圈电压减小，若仅仅增大原线圈匝数，副线圈两端电压减小，故CD错误。故选B。
答案：(1)2　(2)B
3．(10分) (2025·四川成都外国语二模)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，所使用的可拆变压器如图甲所示。
甲
(1)观察两个线圈的导线，发现导线的粗细不同，导线细的线圈匝数较____________(选填“多”或“少”)。
(2)(多选)结合所记录的实验数据，某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值，则可能的原因是__________。
A．可拆式变压器的铁芯未完全封闭
B．原副线圈有电阻
C．铁芯在交变磁场作用下发热
D．原线圈存在匝间短路
(3)实验时，某同学听到变压器内部有轻微的嗡嗡声，他做出如下猜想，正确的是________。
A．“嗡嗡”声来自交变电流在线圈中产生变化磁场时发出的
B．“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音
C．交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声
(4)之后，该同学又仔细观察铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成，如图乙所示，金属片应平行于________。
乙
A．平面abfe B．平面adhe
C．平面adgf
解析：(1)观察两个线圈的导线，发现导线的粗细不同，导线细的线圈电流小，两端电压较大，则匝数较多。
(2)某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值，则可能的原因是，可拆式变压器的铁芯未完全封闭、原副线圈有电阻、铁芯在交变磁场作用下发热等损耗引起的，原线圈存在匝间短路时，导致原线圈匝数减小，则副线圈电压增大；故选ABC。
(3)由于交变磁场的作用，变压器铁芯硅钢片产生涡流，使变压器振动而发出声音，正常情况下这种声音是清晰而有规律的，但若螺丝没有拧紧，变压器就会发出明显的“嗡嗡”低鸣声；但不是副线圈中电流流动的声音，故AB错误；接入交流电后有很强的声音，则说明交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，铁芯振动发声，故C正确。故选C。
(4)为了减小涡流的产生，应使硅钢片的方向与磁场方向平行，所以硅钢片相叠时应平行于平面adhe。故选B。
答案：(1)多　(2)ABC　(3)C　(4)B
4．(10分)(2025·山东省实验中学一模)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，学校某实验小组的同学们采用了如图甲、乙、丙所示的可拆式变压器和电路图进行研究。
甲　可拆变压器零部件　 　乙　组装后的变压器
丙　实验电路图
(1)(多选)下列说法正确的是________。
A．实验中要通过改变原、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
B．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12 V
C．降压变压器的副线圈导线最好比原线圈导线粗一些
(2)在某次实验中，其中一个多用电表读数如图丁所示，此电压表读数为_______V。
丁
(3)同学们在实验过程中，记录如下表所示四组实验数据。
第一组 第二组 第三组 第四组
N1/匝 100 100 100 200
N2/匝 200 400 400 400
U1/V 1.85 0.91 1.81 3.65
U2/V 4.00 4.00 8.00 8.00
①分析表中数据可知，N1应是______(选填“原”或“副”)线圈的匝数。
②(多选)进一步分析数据可发现：原、副线圈电压比与匝数比不严格相等，对该现象分析，下列观点正确的是______。
A．原、副线圈的电压的频率不相等
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．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量
解析：(1)实验中要通过改变原、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，A正确；不能使用直流电源，因为直流电源变压器不工作，B错误；降压变压器副线圈的电流大于原线圈的电流，所以副线圈导线最好比原线圈导线粗一些，C正确。故选AC。
(2)根据图丁，量程是10 V，所以电压表的读数是7.4 V。
(3)根据实验数据得U1答案：(1)AC　(2)7.4　(3)①副　②BC
5．(10分)(2025·湖北襄阳四中一模)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。
甲　可拆变压器零部件　 乙　组装后的变压器
丙
(1)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
(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__________。
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
(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，在调节可变电阻R的过程中，当R＝________时(用n1、n2、R0表示)，R获得的功率最大。
解析：(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控制变量法。故选C。
(2)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。故选D。
(3)根据变压器原理可得，根据欧姆定律R＝，则题图丙实线框内电路的等效电阻为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R′＝R0，解得R＝R0。
答案：(1)C　(2)D　(3)R0(共44张PPT)
实验14　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1
强基础 固本增分
2
研考点 精准突破
3
限时规范训练
栏
目
导
引
强基础
固本增分
原理与装置图

实验方法：
采用控制变量法
实验操作
1.要先估计被测电压的大致范围，再选择恰当的量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压的最大量程进行测量。
2.把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯。
3.用交流电压表测量输入、输出电压。
4.改变输入端电压，重新测量输入、输出端电压。
5.改变线圈匝数，重新测量输入、输出端电压。
注意事项
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。
数据处理 1.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。
2.实验结论：原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比。
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(铜损)，造成误差。
3.铁芯中有磁损耗，产生涡流造成误差。
4.多用电表的读数存在偶然误差。
研考点
精准突破
考点一　教材原型实验
(2026·浙江杭州高级中学模拟)某实验小组做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。
(1)(多选)下列给出的器材中，本实验可能要用到的有________。
(2)(多选)下列说法正确的是__________。
A．变压器工作时副线圈中电流的频率与原线圈不相同
B．为了保证人身安全，实验中只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12 V
C．实验中要通过改变原、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
D．绕制降压变压器的原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些
(3)若用匝数N1＝400匝和N2＝800匝的变压器做实验，对应的电压U1和U2测量数据如表所示。根据测量数据，则N1一定是________(选填“原”或“副”)线圈。
实验次数 1 2 3 4
U1 1.9 2.9 3.8 4.8
U2 4.0 6.0 8.0 10.0
解析：(1)变压器的工作原理是互感现象，需要能够提供交流电压的电源，干电池只能提供直流电压，学生电源可以提供交流电压，故A不需要、B需要；直流电压表不能测量交流电压，故C不需要；该实验需要变压器，故D需要。故选BD。
(2)变压器工作时副线圈中电流的频率与原线圈相同，故A错误；实验中只能使用低压交流电源，故B错误；实验中要通过改变原、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，故C正确；根据n1I1＝n2I2，对于降压变压器n1>n2，I1(3)由于有漏磁，原副线圈内阻分压等因素，所以副线圈实际测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律有，由表中数据可知，U1总是小于，则N1一定是副线圈。
答案：(1)BD　(2)CD　(3)副
考点二　拓展创新实验
(2025·广东两校联合模拟)功放内部的变压器一般为环状，简称环牛。某同学利用环牛探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系(环牛效率极高，可看成理想变压器，其示意图如图所示)。
(1)测量环牛的初级(原)、次级(副)线圈匝数n1、n2的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕n＝70匝漆包细铜线，并将理想交流电压表1接在细铜线两端；然后在初级线圈(左侧)上输入有效值为U＝24.0 V的低压交流电，再将理想交流电压表2连接在次级线圈(右侧)上，若理想交流电压表1的示数U1＝3.0 V，理想交流电压表2的示数U2＝12.0 V，则次级线圈的匝数n2＝____________。
(2)若在初级线圈(左侧)上接入电压瞬时值u＝220sin
100πt (V)的电压，则连接在次级线圈(右侧)上的理想
交流电压表2的示数为__________ V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，实验中测得的原、副线圈的电压比__________(选填“大于”“等于”或“小于”)原、副线圈的匝数比。
(4)(多选)导致实验误差的主要原因可能是____________。
A．变压器的铁芯漏磁
B．原线圈所加电压小
C．变压器的铁芯产生涡流
解析：(1)根据理想变压器变压规律得
解得n1＝560，n2＝280。
(2)初级线圈所接交流电压的有效值
U＝＝220 V
根据理想变压器变压规律得
解得U2＝110 V。
(3)由于变压器工作时有能量损失，导致副线圈电压
实际值比理论值小，故实验中测得的原、副线圈的
电压比大于原、副线圈的匝数比，即不是理想变压
器。
(4)变压器的铁芯漏磁，会造成副线圈电压实际值比
理论值小，故A正确；原线圈所加电压小不是导致实验误差的主要原因，故B错误；变压器的铁芯产生涡流，会造成副线圈电压实际值比理论值小，故C正确。故选AC。
答案：(1)280　(2)110　(3)大于　(4)AC
[创新角度分析]
1．实验原理创新：设计多个副线圈，多重验证。
2．实验器材创新：利用功放中环牛的高效率，探究理想变压器的变压比。
(2023·重庆卷，12)一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。图甲为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器Rp的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源(能输出电压峰值不变、频率可调的交流电)。
甲
(1)闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数________(选填 “变大”“不变”或“ 变小”)。
(2)保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如图乙所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为________(保留3位有效数字)。
乙
(3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50 Hz、1000 Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如图丙所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图丙可知，当频率为1000 Hz时，R0两端的电压为________mV；当频率为50 Hz时，
为保持R0两端的电压不变，需要将R0
与一个阻值为________Ω的电阻串联。
(均保留3位有效数字)
丙
解析：(1)闭合S1，滑动变阻器RP是分压接法，滑片P向右滑动后，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。线圈L1两端的电压增大，因此与滑动前相比，电表的示数变大。
(2)线圈L1两端的电压为U1＝2500 mV。由u-t图像可得，线圈L2两端电压为U2＝ mV，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为≈12.6。
甲
乙
(3)闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。由U-R关系曲线可得，当频率为1000 Hz、负载电阻R0＝20 Ω时，R0两端的电压为UR0＝272 mV。当频率为50 Hz时，为保持R0两端电压不变，需保持电流不变，I＝，在U-R关系曲线中作出直线U＝R，
由直线与50 Hz曲线交点可知R＝32 Ω，
故需给R0串联一电阻，此串联电阻值为
R串＝R－R0＝12.0 Ω。
答案：(1)变大　(2)12.6　(3)272　12.0(11.8～12.2均可)
[创新角度分析]　实验目的创新：以研究某变压器的交流电频率对输出电压的影响，替代探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
3
4
5
1
2
限时规范
训练(72)　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
(建议用时：40分钟　满分：45分)
(选择题1题5分，共5分)
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
3
4
5
1
2
解析：A　可拆卸变压器原副线圈匝数之比与左、右侧接线柱对应数字差值成正比，设n为接线柱单位匝数，右侧接线柱选取“0”和“4”，则右侧线圈匝数为n1＝4n，联立求解左侧线圈匝数n2＝2n，则左侧线圈应选匝数为2n的接线柱，对应“0”和“2”，A正确。
2
1
3
4
5
2．(10分)(2025·河南三门峡重点高中一模)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用可拆式变压器如图甲所示，小明同学选用变压器原线圈匝数n1＝800匝和副线圈匝数n2＝400匝的位置进行实验，并把输入电压调至交流电压U1＝4 V，则可测得副线圈电压U2为_______V。小李同学实验中将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈电压U2随时间t变化的图像如图乙所示，在t1时刻该同学先断开开关，t2时刻再闭合开关，则t1～t2时间内进行的操作可能是________(填字母)。
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
甲　　　　　　　　乙
2
1
3
4
5
解析：由变压器电压与匝数关系式，解得U2＝2 V。根据图像可知，t2时刻之后，副线圈两端电压的峰值增大，即副线圈两端电压的有效值增大，但是电压的周期没有发生变化，则频率没有发生变化，变压器不改变频率，即交流电源的频率没有发生变化，故A错误；结合上述，副线圈两端电压的有效值增大，若拧紧了松动的铁芯，变压器漏磁减小，副线圈磁通量的变化率增大，副线圈两端电压增大，故B正确；若没有漏磁与铁损，根据电压匝数关系有，可知，若仅仅减少了副线
圈的匝数，副线圈电压减小，若仅仅增大原线圈
匝数，副线圈两端电压减小，故CD错误。故选B。
答案：(1)2　(2)B
甲　　　　　乙
2
3
1
4
5
3．(10分) (2025·四川成都外国语二模)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，所使用的可拆变压器如图甲所示。
(1)观察两个线圈的导线，发现导线的粗细不同，导线细的线圈匝数较____________(选填“多”或“少”)。
(2)(多选)结合所记录的实验数据，某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值，则可能的原因是__________。
A．可拆式变压器的铁芯未完全封闭
B．原副线圈有电阻
C．铁芯在交变磁场作用下发热
D．原线圈存在匝间短路
甲
2
3
1
4
5
(3)实验时，某同学听到变压器内部有轻微的嗡嗡声，他做出如下猜想，正确的是________。
A．“嗡嗡”声来自交变电流在线圈中产生变化磁场时发出的
B．“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音
C．交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声
(4)之后，该同学又仔细观察铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成，如图乙所示，金属片应平行于________。
A．平面abfe
B．平面adhe
C．平面adgf
乙
2
3
1
4
5
解析：(1)观察两个线圈的导线，发现导线的粗细不同，导线细的线圈电流小，两端电压较大，则匝数较多。
(2)某同学发现副线圈电压的测量值明显小于理论值，则可能的原因是，可拆式变压器的铁芯未完全封闭、原副线圈有电阻、铁芯在交变磁场作用下发热等损耗引起的，原线圈存在匝间短路时，导致原线圈匝数减小，则副线圈电压增大；故选ABC。
甲
2
3
1
4
5
(3)由于交变磁场的作用，变压器铁芯硅钢片产生涡流，使变压器振动而发出声音，正常情况下这种声音是清晰而有规律的，但若螺丝没有拧紧，变压器就会发出明显的“嗡嗡”低鸣声；但不是副线圈中电流流动的声音，故AB错误；接入交流电后有很强的声音，则说明交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，铁芯振动发声，故C正确。故选C。
(4)为了减小涡流的产生，应使硅钢片的方向与磁场方向平行，所以硅钢片相叠时应平行于平面adhe。故选B。
答案：(1)多　(2)ABC　(3)C　(4)B
乙
2
3
4
1
5
4．(10分)(2025·山东省实验中学一模)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，学校某实验小组的同学们采用了如图甲、乙、丙所示的可拆式变压器和电路图进行研究。
甲　可拆变压器零部件　乙　组装后的变压器 丙　实验电路图
2
3
4
1
5
(1)(多选)下列说法正确的是________。
A．实验中要通过改变原、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
B．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12 V
C．降压变压器的副线圈导线最好比原线圈导线粗一些
2
3
4
1
5
(2)在某次实验中，其中一个多用电表读数如图丁所示，此电压表读数为_______V。
丁
2
3
4
1
5
(3)同学们在实验过程中，记录如下表所示四组实验数据。
第一组 第二组 第三组 第四组
N1/匝 100 100 100 200
N2/匝 200 400 400 400
U1/V 1.85 0.91 1.81 3.65
U2/V 4.00 4.00 8.00 8.00
2
3
4
1
5
①分析表中数据可知，N1应是______(选填“原”或“副”)线圈的匝数。
②(多选)进一步分析数据可发现：原、副线圈电压比与匝数比不严格相等，对该现象分析，下列观点正确的是______。
A．原、副线圈的电压的频率不相等
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．穿过副线圈的磁通量大于原线圈的磁通量
2
3
4
5
1
解析：(1)实验中要通过改变原、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，A正确；不能使用直流电源，因为直流电源变压器不工作，B错误；降压变压器副线圈的电流大于原线圈的电流，所以副线圈导线最好比原线圈导线粗一些，C正确。故选AC。
(2)根据图丁，量程是10 V，所以电压表的读数是7.4 V。
丁
2
3
4
5
1
(3)根据实验数据得U1答案：(1)AC　(2)7.4　(3)①副　②BC
2
3
4
5
1
5．(10分)(2025·湖北襄阳四中一模)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。
甲　可拆变压器零部件　 乙　组装后的变压器
2
3
4
5
1
(1)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
(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__________。
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
2
3
4
5
1
(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，在调节可变电阻R的过程中，当R＝________时(用n1、n2、R0表示)，R获得的功率最大。
丙
2
3
4
5
1
解析：(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控制变量法。故选C。
(2)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。故选D。
2
3
4
5
1
(3)根据变压器原理可得，根据欧姆定律R＝，则题图丙实线框内电路的等效电阻为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R′＝R0，解得R＝R0。
答案：(1)C　(2)D　(3)R0
丙
实验14　探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
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