探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
教材原型实验
实验原理与操作
[典例1] (2025·广东云浮质检)物理研究课上，同学们用可拆变压器“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)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．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．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
E．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
F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是________。
A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变
C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起
[听课记录]
数据处理与误差分析
[典例2] 某同学为“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”，他在实验室准备了可拆变压器(如图甲所示)、低压交流电源、多用电表、开关和导线若干。
(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________(选填选项前的字母)。
A．控制变量法 B．等效替代法
C．整体隔离法 D．理想实验法
(2)该同学认真检查电路无误后，其中一次测量电压时选择2.5 V挡位，多用电表读数如图乙所示，此时电表读数为________ V。
(3)某次实验中线圈N1接“0”“4”，线圈N2接“2”“14”，测得线圈N1两端的电压U1＝2.30 V，线圈N2两端的电压U2＝7.60 V，分析可知________(选填“N1”或“N2”)是原线圈。
(4)实验发现原、副线圈电压比与匝数比不相等，可能的原因是_____________________________________________________________________。
[听课记录]
拓展创新实验
实验器材创新
[典例3] (2025·广东茂名模拟)有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同)，线圈外部还可以再绕线圈。
(1)某同学用多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为________ Ω，由此可推断________(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。
(2)如果把该变压器看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请完成以下实验步骤：
①用绝缘导线在线圈B上绕制n匝线圈；
②将A线圈与低压交流电源相连接；
③用多用电表的“交流电压”挡分别测量A线圈的输入电压UA和________(选填“绕制”或“B”)线圈的输出电压U；
④则A线圈的匝数为________(用已知和测得量的符号表示)。
[听课记录]
本实验创新点在于根据变压器的原理，电压与匝数成正比，写出实验步骤，计算原线圈的匝数。
数据处理创新
[典例4] 小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题：
(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应________。
A．选图甲中的器材 B．选图乙中的器材
C．都可以选 D．都不能选
(2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是________。
A．变压器的铁芯没有闭合
B．一定是电压的测量出了问题
C．副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝
D．学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
(3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器进行实验，实验测量数据如表，
U1/V 1.60 2.50 3.70 4.60
U2/V 3.70 5.30 7.60 9.70
根据测量数据可判断连接电源的线圈是__________(选填“na”或“nb”)。
[听课记录]
本实验创新点在于：①根据已有电压数据判断实验器材问题；②根据已有匝数及电压数据判断原、副线圈。
1 / 6 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
教材原型实验
实验原理与操作
[典例1] (2025·广东云浮质检)物理研究课上，同学们用可拆变压器“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)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．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．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D．测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
E．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
F．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
(2)如图丙所示，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上。原线圈接学生电源的交流输出端，副线圈接小灯泡。下列说法正确的是________。
A．与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力
B．若仅增加原线圈绕制的圈数，小灯泡的亮度将保持不变
C．若仅增加副线圈绕制的圈数，学生电源的过载指示灯可能会亮起
[解析] (1)为确保实验安全，实验中要求副线圈匝数小于原线圈匝数，使得副线圈电压较小，故A错误；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”，故B错误；实验时可采用控制变量法，先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故C正确；测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，防止烧坏电压表，故D正确；变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，故E错误，F正确。
(2)变压器线圈通电会产生磁场，而变压器上端的横条相当于磁铁，下端对横条有吸引力作用，因此与变压器未通电时相比较，此时若将可拆变压器上端的横条铁芯取下将更费力，故A正确；仅增加原线圈匝数，副线圈两端电压将减小，小灯泡亮度将变暗，故B错误；若仅增加副线圈绕制的圈数，副线圈两端电压增大，小灯泡消耗的功率变大，学生电源输出的功率变大，有可能会使学生电源的过载指示灯亮起，故C正确。
[答案] (1)CDF (2)AC
数据处理与误差分析
[典例2] 某同学为“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”，他在实验室准备了可拆变压器(如图甲所示)、低压交流电源、多用电表、开关和导线若干。
(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________(选填选项前的字母)。
A．控制变量法 B．等效替代法
C．整体隔离法 D．理想实验法
(2)该同学认真检查电路无误后，其中一次测量电压时选择2.5 V挡位，多用电表读数如图乙所示，此时电表读数为________ V。
(3)某次实验中线圈N1接“0”“4”，线圈N2接“2”“14”，测得线圈N1两端的电压U1＝2.30 V，线圈N2两端的电压U2＝7.60 V，分析可知________(选填“N1”或“N2”)是原线圈。
(4)实验发现原、副线圈电压比与匝数比不相等，可能的原因是_____________________________________________________________________。
[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A。
(2)测交流电压时选择2.5 V挡位，此时电表读数为U＝2.00 V。
(3)若某次实验中用匝数n1＝400匝、n2＝1 200匝的变压器，测得线圈N1两端的电压U1＝2.30 V，线圈N2两端的电压U2＝7.60 V，匝数之比近似等于电压之比，则有
＝
按U1＝2.30 V解得N2两端的电压
U2＝6.90 V＜7.60 V
结合变压器不是理想的，存在漏磁、发热等原因，则N2一定是原线圈，N1是副线圈。
(4)变压器不是理想的，可能存在漏磁。
[答案] (1)A (2)2.00 (3)N2 (4)有漏磁
拓展创新实验
实验器材创新
[典例3] (2025·广东茂名模拟)有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B(内部导线电阻率、横截面积相同)，线圈外部还可以再绕线圈。
(1)某同学用多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为________ Ω，由此可推断______(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。
(2)如果把该变压器看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请完成以下实验步骤：
①用绝缘导线在线圈B上绕制n匝线圈；
②将A线圈与低压交流电源相连接；
③用多用电表的“交流电压”挡分别测量A线圈的输入电压UA和________(选填“绕制”或“B”)线圈的输出电压U；
④则A线圈的匝数为________(用已知和测得量的符号表示)。
[解析] (1)多用电表欧姆挡读数＝指针指示值×倍率。A的读数为24，倍率为“×1”，所以电阻为24 Ω。根据电阻定律知，导线越长，电阻越大，因为A的电阻比B大，所以A线圈匝数多。
(2)③因为要测量A线圈匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接。 变压器输入、输出电压都是交流电，所以要用“交流电压”挡测绕制线圈的输出电压U。
④根据理想变压器电压比等于匝数比，有＝，
所以nA＝n。
[答案] (1)24 A (2)③绕制 ④n
本实验创新点在于根据变压器的原理，电压与匝数成正比，写出实验步骤，计算原线圈的匝数。
数据处理创新
[典例4] 小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题：
(1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应________。
A．选图甲中的器材
B．选图乙中的器材
C．都可以选
D．都不能选
(2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是________。
A．变压器的铁芯没有闭合
B．一定是电压的测量出了问题
C．副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝
D．学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”
(3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器进行实验，实验测量数据如表，
U1/V 1.60 2.50 3.70 4.60
U2/V 3.70 5.30 7.60 9.70
根据测量数据可判断连接电源的线圈是________(选填“na”或“nb”)。
[解析] (1)题图甲中是多用电表，而题图乙中是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用题图甲中的器材，故A正确，B、C、D错误。
(2)根据理想变压器的原、副线圈的电压与其匝数关系式＝，若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈的电压小于12 V，A错误；若是电压的测量出了问题，可能小于12 V，也可能大于12 V，根据题意不能判断一定是电压的测量出了问题，B错误；副线圈实际匝数与标注的“200”不符，若小于200匝，由以上公式可知，副线圈的电压小于12 V，C错误；若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”，由以上公式可知，副线圈的电压可能为13 V，D正确。
(3)根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响，判断出U2为原线圈上的电压大小，则判断出接电源的是nb。
[答案] (1)A (2)D (3)nb
本实验创新点在于：①根据已有电压数据判断实验器材问题；②根据已有匝数及电压数据判断原、副线圈。
实验针对训练(十五) 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1．某同学用如图甲所示的可拆变压器探究“原、副线圈的电压比与匝数比的关系”。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～t2时间内该同学先断开开关，其后进行的操作可能是( )
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯Q
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
B [只增大交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故A错误；拧紧了变压器铁芯Q，副线圈输出电压U2增大，故B正确；由题图乙知，t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值，而周期不变，根据＝，增大了副线圈的匝数或减少了原线圈的匝数，副线圈输出电压U2增大，故C、D错误。故选B。]
2．一学生做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验的过程中，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；上述“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是______________。
[解析] 保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，因原、副线圈的电压和匝数成正比，即＝，则观察到副线圈两端的电压增大；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小；上述“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是控制变量法。
[答案] 增大 减小 控制变量法
3．某同学欲研究实验室可拆变压器工作时原线圈输入功率和副线圈输出功率之间的关系，可供选择的器材如下：
a．可拆变压器(如图1中所示，原线圈接线柱标注0、4、8、12，副线圈接线柱标注0、1、2)
b．学生电源
c．小灯泡(2.5 V，2.0 W)
d．交流电压表V1(量程0～30 V)
e．交流电压表V2(量程0～6 V)
f．交流电流表A1(量程0～0.3 A)
g．交流电流表A2(量程0～1.0 A)
h．滑动变阻器(0～5 Ω)
实验电路如图2：
(1)用笔画线代替导线将图1中的实物图补充完整。
(2)连接好电路后，该同学将滑动变阻器滑片置于阻值最大处，学生电源电压调至20 V，打开电源开关，调整滑动变阻器滑片位置，当灯泡较亮时，读出四个电表的示数分别为U1＝20.0 V，I1＝0.16 A，U2＝4.2 V，I2＝0.60 A，通过计算发现U1I1＞U2I2，可能的原因是________(填选项标号)。
A．未考虑电压表V1的内阻
B．未考虑电压表V2的内阻
C．变压器漏磁
D．由于涡流变压器铁芯发热
(3)继续调整滑动变阻器滑片位置，使灯泡更亮，测得四个电表的示数分别为U′1、I′1、U′2、I′2，则U′1I′1与U′2I′2的差值将________(忽略电流表内阻的影响，选填“增大”或“减小”)。
(4)若将可拆变压器上水平放置的铁芯拆下，则要使小灯泡能够正常发光，左侧原线圈应选择接线柱“0”与________(选填“4”或“12”)相连。
[解析] (1)左侧原线圈应与电源交流接线柱相连，灯泡的额定电压为2.5 V，额定功率为2 W，额定电流为0.8 A，正常工作时的电阻约为3 Ω，滑动变阻器最大阻值为5 Ω，电源电压为20 V，故副线圈匝数接线柱应选择“0”“2”。连线如图所示。
(2)电压表V1的内阻对原线圈U1、I1的测量无影响，电压表V2的内阻对副线圈U2、I2的测量无影响，原线圈功率大于副线圈功率的原因是漏磁、涡流和导线发热，故C、D正确，A、B错误。故选CD。
(3)副线圈电流增大后，原线圈电流增大，磁场增强，涡流增大，变压器左、右两侧功率差值增大。
(4)可拆变压器上水平放置的铁芯拆下后漏磁增多，应减小原、副线圈匝数比，选择“0”“4”接线柱。
[答案] (1)见解析图 (2)CD (3)增大 (4)4
4．某实验小组利用学生电源、小型可拆变压器、交流电压表、导线等器材进行变压器原、副线圈两端电压与匝数关系的探究活动。根据实验原理图连接电路，如图甲所示，在原线圈两端依次加上不同的电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，实验数据如表：
实验序号 原线圈匝数n1＝800，原线圈两端电压U1/V 副线圈匝数n2＝600，副线圈两端电压U2/V 副线圈匝数n3＝____________，副线圈两端电压U3/V
1 5.6 4.2 2.8
2 9.7 7.3 4.8
3 13.7 10.3 6.8
(1)请你用笔画线代替导线完成图乙中的电路连接。
(2)根据实验数据，可以得出实验结论：变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系为________(用题中给出的字母表示)。
(3)根据表中的数据知副线圈匝数n3＝________。
[解析] (1)连线如图所示。
(2)由第一组数据得＝＝＝＝，可得＝；由第二组数据得＝≈1.33，＝＝≈1.33，可得＝；由第三组数据得＝≈1.33，＝＝≈1.33，可得＝。
(3)根据上面三组数据可以得到变压器线圈两端电压与匝数的关系为＝，根据＝，可得n3＝·n1＝×800＝400。
[答案] (1)见解析图 (2)＝ (3)400
11 / 11实验针对训练(十五) 探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
说明：单选题每小题4分，本试卷共31分
1．某同学用如图甲所示的可拆变压器探究“原、副线圈的电压比与匝数比的关系”。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～t2时间内该同学先断开开关，其后进行的操作可能是( )
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯Q
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
7 6 5 4 3 2 1 0 ＋0.5
2．(7分) 一学生做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验的过程中，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；上述“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是______________。
1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ＋0.5
3．(10分) 某同学欲研究实验室可拆变压器工作时原线圈输入功率和副线圈输出功率之间的关系，可供选择的器材如下：
a．可拆变压器(如图1中所示，原线圈接线柱标注0、4、8、12，副线圈接线柱标注0、1、2)
b．学生电源
c．小灯泡(2.5 V，2.0 W)
d．交流电压表V1(量程0～30 V)
e．交流电压表V2(量程0～6 V)
f．交流电流表A1(量程0～0.3 A)
g．交流电流表A2(量程0～1.0 A)
h．滑动变阻器(0～5 Ω)
实验电路如图2：
(1)用笔画线代替导线将图1中的实物图补充完整。
(2)连接好电路后，该同学将滑动变阻器滑片置于阻值最大处，学生电源电压调至20 V，打开电源开关，调整滑动变阻器滑片位置，当灯泡较亮时，读出四个电表的示数分别为U1＝20.0 V，I1＝0.16 A，U2＝4.2 V，I2＝0.60 A，通过计算发现U1I1＞U2I2，可能的原因是________(填选项标号)。
A．未考虑电压表V1的内阻
B．未考虑电压表V2的内阻
C．变压器漏磁
D．由于涡流变压器铁芯发热
(3)继续调整滑动变阻器滑片位置，使灯泡更亮，测得四个电表的示数分别为U′1、I′1、U′2、I′2，则U′1I′1与U′2I′2的差值将________(忽略电流表内阻的影响，选填“增大”或“减小”)。
(4)若将可拆变压器上水平放置的铁芯拆下，则要使小灯泡能够正常发光，左侧原线圈应选择接线柱“0”与________(选填“4”或“12”)相连。
1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ＋0.5
4．(10分) 某实验小组利用学生电源、小型可拆变压器、交流电压表、导线等器材进行变压器原、副线圈两端电压与匝数关系的探究活动。根据实验原理图连接电路，如图甲所示，在原线圈两端依次加上不同的电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，实验数据如表：
实验序号 原线圈匝数n1＝800，原线圈两端电压U1/V 副线圈匝数n2＝600，副线圈两端电压U2/V 副线圈匝数n3＝____________，副线圈两端电压U3/V
1 5.6 4.2 2.8
2 9.7 7.3 4.8
3 13.7 10.3 6.8
(1)请你用笔画线代替导线完成图乙中的电路连接。
(2)根据实验数据，可以得出实验结论：变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系为________(用题中给出的字母表示)。
(3)根据表中的数据知副线圈匝数n3＝________。
1 / 4
