2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验16探究变压器原副线圈电压与匝数的关系(原卷版+解析)

这是一份2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验16探究变压器原副线圈电压与匝数的关系(原卷版+解析)，共9页。
【实验解读】
教材实验解读
二、拓展创新实验
高考启示
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。
【高考典例】
【典例1】．（2025高考山东卷）（8分）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、；
电阻箱R；
灯泡L（额定电压为）；
交流电流表，交流电压表，
开关、，导线若干。
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，闭合，调节电阻箱阻值，使示数为，此时（量程为）示数如图乙所示，为 ，学生电源的输出功率为 W。
(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。调节、，使示数为，此时示数为，则低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的 倍。
(3)示数为，高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了 W。
【答案】(1) 200 （2分） 2.4（2分）
(2)100（2分） (3)0.9 （2分）
【解析】（1）[1]根据题图可知电流表的分度值为5mA，故读数为200mA；
[2]学生电源的输出功率
（2）低压输电时电阻箱消耗的功率为
电阻箱的接入的电阻为
高压输电时，电阻箱消耗的功率为
可得
即低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的100倍。
（3）示数为时，学生电源的输出功率
高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了
【典例2】.（9分）（2023高考重庆卷）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。题12图1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）。
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”“ 变小”）。
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的变化曲线如题12图2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）。
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关系曲线如题12图3所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图可知，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）
【参考答案】（1）变大 （2）12.5 (3)270 13.0
【名师解析】
（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，变压器原线圈输入电压增大，电表的示数变大。
（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U1=2500 mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如题12图2所示，副线圈输出电压最大值为280mV，其有效值为U2=0.707×280mV=200mV，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为=12.5。
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关系曲线如题12图3所示。用一个阻值恒为20 Ω的负载R0替换电阻箱R，由图可知，当频率为1000 Hz时，R0两端的电压为270mV；
当频率为50 Hz 时，为保持R0两端的电压270mV不变，需要将R0与一个阻值为13.0Ω的电阻串联。（均保留3位有效数字）
【针对性训练】
1.（2025·浙江宁波期末）某实验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”。
（1）由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的 值（选填“平均”“有效”或“最大”）；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 。
（2）某次实验中，用匝数na＝400匝和nb＝800匝的线圈做实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是 。
A.原线圈的匝数为na，用较粗导线绕制
B.副线圈的匝数为na，用较细导线绕制
C.原线圈的匝数为nb，用较细导线绕制
D.副线圈的匝数为nb，用较粗导线绕制
（3）为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为铁芯横档的硅钢片应按照下列哪种方法设计 。
【答案】.（1）有效 4.8 V （2）C （3）D
解析：（1）由于交变电流的电压是变化的，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10 V挡，由题图甲可知，此时电表读数为4.8 V。
（2）由表格数据可知，UbUa略大于nbna，考虑到实验中所用变压器并非理想变压器，即存在能量损失，使得原、副线圈电压之比略大于匝数比，所以原线圈的匝数为nb，副线圈的匝数为na；而副线圈两端电压较小，则电流较大，所以副线圈所用导线应较粗，故A、B、D错误，C正确。
（3）由于变压器工作时在铁芯中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯中产生的涡流较小。画出铁芯横档如图所示，根据磁场的分布规律可知，变压器铁芯中磁感线均平行于平面adhe，产生的涡流所在平面均垂直于平面adhe，则要减小涡流，又不影响铁芯中磁场分布，硅钢片只能平行于平面adhe放置，故选D。
2. （2024石家庄高考模拟二）某同学利用如图甲所示器材做探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验。
（1）该同学按图乙连接电路，变压器的左侧线圈接线柱0、8与学生电源的“稳压6V”接线柱相连。闭合开关，用多用电表测得右侧线圈0、4接线柱之间的电压为______
A. 0B. 3.0VC. 6.0VD. 12.0V
（2）正确连接电路后，变压器选用左侧0、2接线柱和右侧0、4接线柱进行实验，用多用电表测得左侧0、2之间的电压为，右侧0、4之间的电压为，数据如下表所示，可判断学生电源接在了接线柱______上（选填“左侧0、2”或“右侧0、4”）。
（3）实验室中还有一个变压器，如图丙所示。现要测量A、B线圈的匝数，实验步骤如下：
①取一段漆包线，一端与A线圈上端接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈，漆包线另一端与交流电源一端相连，A线圈下方接线柱与交流电源另一端相连接。
②用多用电表的交流电压挡先后测出交流电源两端的电压和B线圈的输出电压U；
③用多用电表的交流电压挡测出A线圈两端的电压。
如果把该变压器看作理想变压器，则A、B线圈的匝数____，____。（用题中给出的字母表示）
【答案】（1）A （2）右侧0、4
（3） ①. ②.
【解析】（1）变压器是根据互感现象进行工作的，由题图可知，原线圈连接的电压为直流电压，因此副线圈两端的电压为0。故选A。
（2）由于有漏磁，副线圈测量电压小于理论值，所以为副线圈，可判断连接交流电源的原线圈是右侧0、4。
（3） 根据变压器电压比等于匝数比，有
，
解得
，
3.（2024年8月广东惠州质检）功放内部的变压器一般为环状，简称环牛，如图所示。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)。
(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24.0V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的示数为3.0V，理想交流电压表2的示数为12.0V，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=220 2sin100πt(V)的电压，则连接在次级线圈(右侧)上理想交流电压表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n1n2。
(4)(多选)导致实验误差的原因可能是______。
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
【名师解析】：(1)由题意可知，漆包线细铜丝的匝数n3=70匝，初级线圈两端电压U1=24.0V，次级线圈两端电压U2=12.0V，漆包线两端电压U3=3V；
由理想变压器的变压比可知：U1U3=n1n3，解得：n1=560匝；
同理可得：U2U3=n2n3，解得：n2=280匝；
(2)由交流电的瞬时值表达式可知，电压的最大值Um=220 2V
电压的有效值U=220 2 2V=220V，则初级线圈两端电压U1'=220V，
由理想变压器的变压比可知：U1'U2'=n1n2，代入数据解得：U3'=55V，
则理想交流电压表2的示数为55V；
(3)根据变压器原理可知，原副线圈两端电压之比等于原副线圈匝数之比，即变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分能量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比n1n2。
(4)根据(3)分析，变压器的铁芯漏磁和变压器的铁芯产生涡流是实验产生误差的原因。故AC正确，B错误。
【参考答案】：(1)560；(2)280；55；(3)大于；(4)AC。
4. (2024江西赣州期末)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系”实验中，利用如图可拆式变压器、学生电源和导线进行研究。
（1）除图中所给器材外，实验还需要的器材是______。
A. 直流电流表B. 直流电压表
C. 条形磁铁D. 多用电表
（2）观察变压器的结构，其铁芯采用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯，防止铁芯中______过大而导致浪费能量，损坏电器。
（3）小明同学选用变压器原线圈匝数匝和副线圈匝数匝的位置进行实验，并把输入电压调至恒定电压，则用合适测电压的装置测得副线圈电压为______V。
（4）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，观察到副线圈电压随时间t变化的图像如图所示，在时刻该同学先断开开关，时刻再闭合开关，则时间内进行的操作可能是______。

A. 拧紧了松动的铁芯B. 增加了交流电源的频率
C. 减少了副线圈的匝数D. 减少了原线圈的匝数
【参考答案】（1）D （2）涡流
（3）0 （4）AD
【名师解析】
（1）变压器的工作原理是互感，变压器原副线圈中的电流是交流电，测量电压与电流时需要交流电表，可知，除图中所给器材外，实验还需要的器材是多用电表。
故选D。
（2）变压器的铁芯采用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯，防止铁芯中的涡流过大而导致浪费能量，损坏电器。
（3）变压器工作原理是互感，若输入电压调至恒定电压，原副线圈通过的磁通量不变，没有产生互感现象，则测得副线圈电压为0。
（4）根据图像可知，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B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A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，若仅仅减小原线圈匝数，副线圈两端电压增大，故C错误，D正确。
5．（2024上海质检）功放内部的变压器一般为环状，简称环牛，如图所示。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）。
（1）测量环牛的初级（原）、次级（副）线圈匝数、的方法是：先在闭合铁芯上紧密缠绕匝漆包细铜线，并将理想交流电压表接在细铜线两端；然后在初级线圈（左侧）上输入有效值为24.0V的低压交流电，再将理想交流电压表连接在次级线圈（右侧）上，若理想交流电压表的示数为3.0V，理想交流电压表的示数为15.0V，则次级线圈的匝数______匝；
（2）若在初级线圈（左侧）上接入电压瞬时值的电压，则连接在次级线圈（右侧）上理想交流电压表的示数为______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。试写出一种造成变压器能量损失的原因
【名师解析】（1）根据理想变压器变压公式
解得 n1=480匝，n2=300匝
（2）初级线圈电压
根据理想变压器变压公式
解得 U2=137.5V
（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。
造成变压器能量损失的原因有：变压器铁芯漏磁、变压器铁芯产生涡流、绕组电阻引起的热损耗等。
6. （2024福建宁德期末）在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验中，实验室采用了如图所示的可拆式变压器进行研究。
（1）为了完成该实验，已选用多用电表，还需选择的器材是______；
A. 有闭合铁芯的原、副线圈B. 无铁芯的原、副线圈
C. 交流电源D. 直流电源
（2）对于实验过程，下列说法正确的是______；
A. 变压器原线圈可接入220V的家庭电路
B. 变压器副线圈不接负载时，副线圈两端仍有电压
C. 实验中测电压的仪器是多用电表，且选择开关置于直流电压档
（3）已知该变压器两组线圈的匝数分别为和，有关测量数据如下表：
根据表中数据可得到的实验结论：______。
【参考答案】（1）AC （2）B
（3）见解析
【名师解析】
（1）．为了尽量减小漏磁，变压器的原副线圈需要绕在闭合铁芯上，故A正确，B错误；
变压器器正常工作需要交流电源，故C正确，D错误。
（2）A．为了确保安全。变压器原线圈应接入低压学生交流电源上，故A错误；
B．根据电压匝数关系可知，变压器副线圈不接负载时，副线圈两端仍有电压，由于负载电路断开，负载电路中没有电流，故B正确；
C．实验中测电压的仪器是多用电表，由于原副线圈中是交流电，实验中应将选择开关置于交流电压档，故C错误。故选B。
（3）根据表格中的数据有
可知，根据表中数据可得到的实验结论：在误差允许的范围内，变压器原副线圈的电压之比等于匝数比。
7. (2024年7月江苏苏州期末) “探究变压器原、副线圈电压和匝数的关系”的部分实验装置如图所示。
（1）将学生电源电压挡调到，与可拆变压器原线圈上的“0”和“400”两接线柱相连，请完成电路连线______；现要使副线圈获得低于的电压，多用电表的两表笔应分别接副线圈的“0”和“______”两接线柱。
A. 200 B. 800 C. 1400
（2）完成连线后，进行测量时发现副线圈电压测量值明显小于理论值，形成这种现象的不当操作可能是______。
【答案】 (1)①. ②. A
(2) ③. 铁芯松动未拧紧
【解析】（1）[1] [2]变压器的原线圈输入电压为8V，匝数为400，需要副线圈输出电压低于8V，则副线圈选择200匝。
故选A。
连接电路如图所示
（2）[3]变压器副线圈输出电压总比理论值小，可能的原因有漏磁，可能是铁芯松动未拧紧。
8. (6 分)（2024年4月福州二模）某同学要进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。实 物图如图所示
(1)关于实验，下列说法正确的是 。
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.为了确保人身安全，只能使用低于 12 V 的电源
C.通电情况下不可以用手接触裸露的导线、接线柱
(2)为了探究 n₁ = 400匝、 n₂ = 200匝的变压器原、副线圈电压与匝数的关系， 请用笔画线代替连线，将图中的实物连接补充完整。
(3)在实验中，两个电压表的读数记录如下
该同学多次实验后发现原、副线圈的电压之比总是 (选填“稍大于”、“等于”或者“稍小于”)原、副线圈的匝数之比，试分析其原因: 。
【参考答案】（1）BC （2）如图
（3）稍大于 变压器不是理想变压器或漏磁或涡流或电阻等
【名师解析】（1）为确保实验安全，实验中要求原线圈电压大于副线圈电压，由变压器变压公式可知要求原线圈匝数大于副线圈匝数 ，A错误；为了确保人身安全，只能使用低于 12 V 的电源 ，B正确；.通电情况下不可以用手接触裸露的导线、接线柱 ，以免造成实验误差，C正确。
（3）由于变压器不是理想变压器或漏磁或涡流或电阻等原因，造成原、副线圈的电压之比总是 “稍大于”原、副线圈的匝数之比。
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。
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、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比。
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
实验次数
1
2
3
4
5
1.00
1.90
3.00
4.00
4.80
2.10
4.00
6.10
8.20
10.00
1.80
2.80
3.80
4.90
4.00
6.01
8.02
9.98