实验特训03 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系（解析版）-2025高考物理一轮新题型综合特训（上海专用）

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一、实验题
1．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
（1）实验仪器。下表是用图1中的多用电表进行测量的四次记录，a、b分别为测量时的指针位置。其中有的记录了量程（或倍率）但没有记录读数，有的记录了读数但没有记录量程（或倍率），请你填写表格中的各个空格。
（2）数据分析。
某学生选用匝数可调的可拆变压器（视为理想变压器），如图2所示，做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，保持原线圈匝数和电压不变，改变副线圈的匝数，可以研究副线圈匝数n2对输出电压U2的影响。
以U2为纵坐标，n2为横坐标。在图3中画出变压器的输出电压U2与其匝数n2关系图像的示意图 ，并说明U2-n2图像斜率的物理意义。
【答案】 1.14V/1.15V/1.16V 50mA ×100Ω 400Ω 每匝线圈（原线圈或副线圈均可）产生的电压；或表示铁芯中磁通量的变化率
【详解】（1）[1]电压表的读数为1.15V；
[2]电流表的量程为50mA；
[3]欧姆表的倍率为×100Ω
[4]欧姆表的读数为

（2）[5]根据

解得
变压器的输出电压U2与其匝数n2关系图像的示意图为
[6]图像的斜率为
每匝线圈（原线圈或副线圈均可）产生的电压；或表示铁芯中磁通量的变化率
2．某物理兴趣小组在进行物理课外实验中，学生电源损坏，不能使用。
(1)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中，可以使用220 V的交流电源来代替，要完成实验，下图实验器材中需要用到的有 。(填正确答案标号)
(2)组装变压器时，没有将铁芯闭合，如图所示，原线圈接u=311sin 314t(V)的交流电源，原、副线圈的匝数比为8∶1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是 。
A．27.5 V B．38.9 V C．10.0 V D．1 760 V
【答案】 AD C
【详解】（1）[1]本实验需要线圈和铁芯，还需要交流电压表测量电压，不用条形磁铁和多用表，故AD正确，BC错误。
故选AD。
（2）[2]根据题意原线圈电压有效值
根据代入数据得
由于铁芯没有闭合，有漏磁现象，实际上输出电压低于计算值，故C正确，ABD错误。
故选C。
3．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，李辉同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“ × 100”的匝数。
（1）本实验中，实验室有下列器材：
A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B．条形磁铁
C．直流电源
D．多用电表
E．开关、导线若干
上述器材在本实验中不需要的有 （填器材序号），本实验中还需要用到的器材有 。
（2）对于实验过程，下列说法正确的有 。
A．为便于探究，应该采用控制变量法
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量
D．因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
（3）实验中，电源接变压器原线圈“0”“8”接线柱，副线圈接“0”“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为 。
A．18.0V B．10.0V C．5.0V D．2.5V
（4）组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图所示，原线圈接12.0V的学生电源，原、副线圈的匝数比为8：1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是 。
A．0V B．96.0V C．1.5V D．0.65V
（5）李辉同学正确组装变压器后，把12.0V的学生交流电源接到原线圈“2”“8”接线柱（相当于600匝），副线圈接线“0”“1”接线柱，如图所示。在确认电路连接无误的情况下，接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是 。
A．0V B．5.8V C．2.0V D．1.5V
【答案】 BC/CB 低压交流电源 AC/CA B D D
【详解】（1）[1][2]在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是交流电，所以不需要直流电，磁场是利用了电流的磁效应，所以也不需要条形磁铁，B、C正确；本实验中还需要用到的器材是低压交流电源。
（2）[3]A．为便于探究，应该采用控制变量法，所以A正确；
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，所以B错误；
C．使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量，所以C正确；
D．虽然实验所用电压较低，但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样可减小实验误差，避免发生危险，所以D错误。
故选AC。
（3）[4]根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比规律可知，副线圈所接电表的示数为5.0V，原线圈的电压应为10V。
故选B。
（4）[5]组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，则变压器漏磁比较厉害，连接副线圈的交流电压表的实际读数小于理想变压器的副线圈的读数，若为理想变压器，则
U2 = U1 = × 12V = 1.5V
实际电压小于1.5V。
故选D。
（5）[6]李辉同学正确组装变压器后，变压器还是存在漏磁现象，还有铜损、铁损等损耗，则连接副线圈的交流电压表的实际读数总是小于理想变压器的副线圈的读数，若为理想变压器，则
U2 = U1 = × 12V = 2.0V
实际电压小于2.0V。
故选D。
4．某兴趣小组用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
（1）下列说法正确的是 。
A． 变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B． 变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能
C． 理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失
D． 变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
（2）实际操作中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为，则可推断原线圈的输入电压可能为 。
A． B． C． D．
（3）图乙为某电学仪器原理图，图中变压器为理想变压器。左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻可等效为该电学仪器电压输出部分，该部分与一理想变压器的原线圈连接；一可变电阻与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、（右侧实线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，调节可变电阻的过程中，当 时，获得的功率最大。
【答案】 BC/CB D
【详解】（1）[1]
A．变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；
B．变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能，故B正确；
C．理想变压器忽略能量损失，原线圈输入功率全部转到副线圈输出功率，故C正确；
D．变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端电压不变，不为0，故D错误。
故选BC。
（2）[2]若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系为
当变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱之间，副线圈的“0”和“4”两个接线柱时，可知原副线圈匝数比为2:1，副线圈电压为3V，则原线圈电压应该为6V；
实际操作中，不是理想变压器，需要考虑损失部分，则原线圈所接电压大于6V。
故选D。
（3）[3]把变压器和R等效为一个电阻R1，R0当做电源内阻，当内外 电阻相等时，即
此时，输出功率最大，根据
得
将公式
代入上式，可得
从而得出
此时获得的功率最大。
5．某兴趣小组用如图所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
（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 （填“A”或“B”）；
（2）实验开始前，小艺同学没有使用铁芯组装变压器，而是直接将一个线圈接入电源，另外一个线圈接电压表，保持电源输入电压、两个线圈接入的匝数不变，逐渐将两个线圈相互靠近的过程中，观察到电压表的读数 （选填“变大”、“变小”、“不变”）；
（3）在正确组装变压器后，甲乙丙三位同学分别利用控制变量法探究副线圈的电压与原线圈电压，原线圈的匝数，副线圈的匝数的关系，将实验数据绘制成甲、乙、丙三幅图像，哪个同学的实验结果有误 （选填“甲”、“乙”、“丙”）
（4）小琳同学在某次实验中选择厂家标注匝数匝的线圈A作为原线圈，厂家标注匝数匝的线圈B作为副线圈，分别接入不同输入电压，测得对应的输出电压得到实验数据如表所示；分析下列可能的原因，你认为正确的有 。
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圈的磁通量
【答案】 B 变大 乙 BC/CB
【详解】（1）[1]由图可知，A为直流接法，B为交流接法，而要探究变压器的原理则必须使用交变电压，只有变化的电流才能产生变化的磁场。
故选B
（2）[2]将线圈直接接入交变电源，则线圈中就会产生周期性变化的磁场，而将另一接了电压表的线圈逐渐靠近接入电源中的线圈时，接了电压表的线圈中的磁通量就会发生变化，根据法拉第电磁感应定律
可知，越靠近通电线圈，接了电压表的线圈所处的磁场就越强，产生的感应电动势就越大，因此可知电压表的读数将变大。
（3）[3]根据变压器原副线圈匝数与电压的关系
可得
则可知，在原副线圈匝数比一定的情况下，副线圈中的电压与原线圈中的电压成正比，图像为过原点的倾斜直线；而当原线圈的匝数以及原线圈中的电压一定时，副线圈中的电压与负线圈的匝数成正比，图像为过原点的一条倾斜直线；若原线圈中的电压与副线圈的匝数一定时，副线圈中的电压与原线圈的匝数成反比，即副线圈中的电压与原线圈匝数倒数的图像为一条过原点的倾斜直线，因此实验结果有误的为乙。
故选乙。
（4）[4]由表中数据可知，原副线圈的匝数比小于原副线圈中的电压之比，即有电能的损失。
A．变压器不会改变电压的频率，故A错误；
B．根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，俗称铜损，故B正确；
C．铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故C正确；
D．因为铁芯对磁场的约束不严密，因此，穿过副线圈的磁通量一定小于原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D错误。
故选BC。
6．实验测量、实验操作、数据分析和误差分析是物理实验的重要环节。
（1）用10分度的游标卡尺测量某物体直径如图所示，则直径d = cm。
（2）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，如图所示为所用实验器材，可拆变压器，学生电源，数字万用表。
关于本实验，下列说法正确的是 。
A．为了保证人身安全，只能使用低压交流电源，原线圈所接电压不超过12V
B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱
C．变压器正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈
D．使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡测试，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
（3）现将数字多用电表的选择开关旋至最合适的挡位后，分别测量原线圈匝数为n1时的输入电压U1和副线圈匝数为n2时的输出电压U2，数据如下表。
①在误差允许范围内，表中数据基本符合 规律。
②进一步分析数据，发现输出电压比理论值偏小，请分析原因 。
【答案】 0.52 ABD/ADB/BAD/BDA/DBA/DAB 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之比 有漏磁、铁芯发热、导线发热等
【详解】（1）[1]根据游标卡尺的读数规则有
0.5cm＋2 × 0.1mm = 0.52cm
（2）[2]A．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，所用交流电压不超过12V，A正确；
B．为了保证人身安全，变压器通电后不要用手接触裸露的导线或接线柱，B正确；
C．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，C错误；
D．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量，D正确。
故选ABD。
（3）①根据表中数据，在误差允许的范围内基本符合，变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，即有
②电压之比与匝数之比并不相等，主要原因是变压器不是理想变压器，有漏磁、铁芯发热、导线发热等能量损耗，使副线圈两端电压偏低。
7．通过学习我们知道，理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，某学校实验小组想通过实验验证这一结论，实验室中的可拆变压器的实物图如图甲所示，该兴趣小组还亲自动手绕制成匝数为1600匝和其它规格的线圈，以匝数1600匝的线圈为原线圈，分别用实验室变压器的线圈和自制线圈作副线圈进行实验。

（1）把记录的相关数据填入数据表，依据数据表，可以得出结论：在误差允许的范围内，原、副线圈的电压比 原、副线圈的匝数比（填“等于”、“不等于”）。
（2）根据数据表最后一列可知，实验存在系统误差，即，可知U2偏小，请给出合理解释： 。
【答案】 等于 变压器存在漏磁的问题
【详解】（1）[1]根据实验表格中的电压比和匝数比可知在误差允许的范围内，原、副线圈的电压比等于原、副线圈的匝数比；
（2）[2] 电压比与匝数比并不相等，主要原因是变压器是不理想的，如有漏磁等。
8．用如图所示的向心力演示器探究向心力大小的表达式。匀速转动手柄，可以使变速塔轮以及长槽和短槽随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂的挡板对小球的压力提供，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺。

（1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的 ；
A．探究平抛运动的特点
B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
C．探究两个互成角度的力的合成规律
D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
（2）根据标尺上露出的等分标记，可以粗略计算出两个球所受的向心力大小之比。为研究向心力大小跟转速的关系，应比较表中的第1组和第 组数据。
（3）本实验中产生误差的原因有 。（写出一条即可）
【答案】 BD/DB 3 质量的测量引起的误差；弹簧测力套筒的读数引起的误差
【详解】（1）[1]A．本实验所采用的实验探究方法为控制变量法，而探究平抛运动的特点采用的方法为等效思想，故A错误；
B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系采用控制变量法，故B正确；
C．探究两个互成角度的力的合成规律采用等效替代的思想，故C错误；
D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系采用控制变量法，故D正确。
故选BD。
（2）[2]为研究向心力大小跟转速的关系，即要保证小球的质量和转动半径不变，故应比较表中的第1组和第3组数据。
（3）[3]本实验中产生误差的原因有质量的测量引起的偶然误差，弹簧测力套筒的读数引起的误差。
9．做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”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）
A． B． C．
D． E.
（2）下列说法正确的是
A．变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同
B．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
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12V
D．绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好
（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，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成，硅钢片应平行于平面 。
A． B． C． D．
（4）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 。
（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。根据测量数据，则一定是 线圈。（选填“原”或“副”）
【答案】 BDE/BED/DBE/DEB/EBD/EDB BD/DB D 有效 4.8V 副
【详解】（1）[1]实验中需要交流电源、变压器和交流电压表（万用表），不需要干电池和直流电压表，故AC错误，BDE正确。
故选BDE。
（2）[2]A．变压器工作时只是改变电压，不改变频率，副线圈电压频率与原线圈相同，故A错误；
B．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，改变一个来探究匝数比与原副线圈电压之比的关系，用的是控制变量法，故B正确；
C．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12V，而用直流电压变压器不能工作，故C错误；
D．观察两个线圈的导线，发现粗细不同，由变压器工作原理知
可知，匝数少的电流大，则导线应该粗；绕制降压变压器原、副线圈时，由于副线圈的匝数少，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，故D正确。
故选BD。
（3）[3] 由图，根据楞次定律和右手螺旋定则，产生的涡旋电流的方向与面平行，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面，即平行于面，故ABC错误，D正确。
故选D。
（4）[4]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；
[5]所选择为交流电压10V挡，依题意，此时电表读数为4.8V。
（5）[6]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
由表格数据值U1总是略小于，故U1应该是副线圈的电压值，一定是副线圈。
10．用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随变速轮塔匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出A、B小球所受向心力。某次实验图片如下，请回答相关问题：
（1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的 ；

A．探究平抛运动的特点
B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
C．探究两个互成角度的力的合成规律
D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
（2）图中是在研究向心力的大小与 的关系。
A．质量 B．角速度 C．半径
（3）若图中标尺上红白相间的等分格显示出两A、B两小球所受向心力的比值为，运用圆周运动知识可以判断与皮带连接的左右变速轮塔对应的半径之比为 。
A． B． C． D．
【答案】 BD/DB B C
【详解】（1）[1]在研究向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系时，需先控制某些量不变，研究另外两个物理量的关系，该方法为控制变量法。探究平抛运动的特点实验方法是合运动与分运动的等效替代法；探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系采用控制变量法；探究两个互成角度的力的合成规律采用等效替代法；探究加速度与物体受力、物体质量的关系采用控制变量法，故BD正确，AC错误。
故选BD。
（2）[2]图中两球的质量相同，转动的半径相同，则研究的是向心力与角速度的关系。
故选B。
（3）[3]根据，两球的向心力之比为1：4，半径和质量相等，则转动的角速度之比为1：2，因为靠皮带传动，变速轮塔的线速度大小相等，根据，知与皮带连接的变速轮塔对应的半径之比为2：1。
故选C。
序号
所测物理量
量程或倍率
指针
读数
①
直流电压
5V
a

②
直流电流

a
11.3mA
③
电阻

a
5.0×103Ω
④
电阻
×100Ω
b

实验次数
/匝
/匝
1
200
100
8.2
4.0
2
200
100
6.1
2.9
3
200
100
4.0
1.9
原线圈匝数n1（匝）
副线圈匝数n2（匝）
输入电压U1（V）
输出电压U2（V）
100
200
4.32
8.27
100
800
4.32
33.90
400
800
4.33
8.26
400
1600
4.33
16.52
n1
U1
n2
U2
匝数比k1
电压比k2
（k2-k1）/ k1
1600
220
400
53.2
4.00
4.14
3.38%
1600
220
100
12.40
16.00
17.74
10.89%
1600
220
30
4.05
53.33
54.32
1.85%
1600
220
20
2.7
80.00
81.48
1.85%
1600
220
10
1.34
160.00
164.18
2.61%
组数
小球的质量m/g
转动半径r/cm
转速n/(r·s-1)
1
45.0
15.00
1
2
90.0
15.00
1
3
45.0
15.00
2
4
45.0
30.00
1
实验次数
1
2
3
4
0.90
1.40
1.90
2.40
2.00
3.01
4.02
5.02