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实验12：验证机械能守恒定律【5 年58 卷2 考】
类型
角度
考查要素
考查内容
教材实验：探究变
压器原、副线圈电
压与匝数的关系
研究原副线圈输入与
输出电压之比（2023.
重庆12 题）
实验原理
图像处理
探究原副线圈电压之比与匝数之比的关
系；
变压器（2021.1 浙江
18 题）
器材选择
实验器材设计
总结：
（1）类型角度：结合生活实际考查如何减少变压器热损；
（2）考察要素和内容：考查分析通过铁芯中硅钢片的位置放置；原副线圈的匝数比与电压比的关
系，以及对图像的处理问题。
考点1 基本实验要求
1. 实验目的
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。
2. 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：
a. n1一定，研究n2和U2的关系。
b. n2一定，研究n1和U2的关系。
3. 实验器材
学生电源(低压交流，小于12 V)1 个、可拆变压器1 个(如图所示)、多用表(交流电压挡)1 个、导线若干。
4. 实验步骤
1
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（1）如图所示，连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。
（2）保持原线圈匝数不变，用多用电表电压挡测量原线圈电压，并记录在表格中。
（3）改变副线圈匝数，用多用电表分别测量副线圈的电压，把匝数、电压的对应数据记录在表格中。
（4）保持副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，重复步骤2、3。
5. 注意事项
（1）在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开开关，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，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。
考点2 数据处理及误差分析
1. 数据处理
（1）将不同的原、副线圈接入电路测出线圈两端的电压填入下表
原线圈匝数n1
副线圈匝数n2
原线圈电压U1
副线圈电压U2
100
300
2 V
100
400
2 V
300
400
4 V
400
400
6 V
400
100
8 V
400
100
4 V
（2）由表格数据得出结论
a.当原线圈匝数不变、输入电压不变时，随着副线圈匝数增加，输出电压增大。进一步研究可知，副
线圈电压与副线圈匝数成正比。
b. 当副线圈匝数不变、输入电压不变时，随着原线圈匝数增加，副线圈输出电压变小。进一步研究可
知，副线圈电压与原线圈匝数成反比。
2
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2. 误差分析
（1）由于漏磁，通过原、副线圈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）电表的读数存在误差。
A. 高考真题感知
1．（2021·浙江·统考高考真题）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”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
______。
A．平面abcd
B．平面abfe
C．平面abgh
D．平面aehd
2．（2023·重庆·统考高考真题）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）。
3
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（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”“ 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）
B. 限时针对训练
1．（2024·云南红河·统考一模）某兴趣小组为了探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，在实验室
中找到了以下器材：
A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
4
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B．条形磁铁
C．开关、导线若干
D．交流电压表
E.直流电源
F.低压交流电源
（1）在本实验中，上述器材不需要的是 （填器材序号字母）；
（2）该小组同学按如图（a）所示安装好变压器，将原线圈用开关和导线接到低压交流电源上，并将两个
交流电压表连接到原、副线圈两端。先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”）；然后再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变化；
（3）实验如图（b）所示。通过改变原、副线圈的匝数，得到原、副线圈电压与匝数的数据关系如表所示，
由表1 可得出结论： 。
物理量
一组数据
二组数
据
三组数据
原线圈匝数
100
100
100
副线圈匝数
200
800
1400
副原线圈匝数比
2
8
14
原线圈输入电压
10.5
10.5
10.5
副线圈输出电压
21.7
89.0
160
副原线圈电压比
2.06
8.48
15.24
5
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与
的比值
1.03
1.06
1.09
2．（2023·河北保定·统考三模）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。
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%
（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： 。
3．（2023·北京房山·统考二模）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。
6
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（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。
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
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 。
4．（2023·广东汕头·统考二模）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。
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（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
8
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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 。
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
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
5．（2023·福建漳州·统考三模）某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数关系，提供的实验器材
有：学生电源、可拆变压器、交流电压表、若干导线。
图甲为实验原理图，在原线圈A、B 两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据
如表：
实验序号
原线圈匝数
原线圈两端电压
（
）
副线圈匝数
原线圈两端电压
（
）
副线圈匝数
原线圈两端电压
（
）
1
5.8
2.9
20.3
2
8.0
4.0
28.1
3
12.6
6.2
44.0
请回答下列问题：
（1）在图乙中，应将A、B 分别与 （填“a、b”或“c、d”）连接。
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（2）根据上表数据得出的实验结论是：在实验误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压之比等于
。
（3）在实验序号为2 的测量中，若把图乙中的可动铁芯取走，副线圈匝数
，则副线圈两端电压
（填正确答案标号）。
A．一定小于4.0V
B．一定等于4.0V
C．一定大于4.0V
6．（2022 上·辽宁抚顺·高二校联考期中）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 。
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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。
7．（2022·北京大兴·校考三模）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。
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
（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。
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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。
8．（2022·江苏南京·统考模拟预测）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
12
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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”）
实验次数
1
2
3
4
0.90
1.40
1.90
2.40
2.00
3.01
4.02
5.02
9．（2022·北京海淀·统考模拟预测）在做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，某
同学利用教学用的可拆变压器进行探究。
（1）下列器材中，实验需要的器材是 。
A．干电池
B．低压交流电源
C．220V 交流电源
D．条形磁铁
E.可拆变压器和导线
F.直流电压表
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G.多用电表
（2）关于实验操作，下列说法正确的是
A．为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用电压不要超过 12V
B．实验通电时，可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
C．使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡位进行测量
D．若变压器上面的铁芯B 忘记安装在铁芯A 上，则U1∶U2>n1∶n2
10．（2022·北京朝阳·统考二模）某实验小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”，可
拆变压器如图所示。
（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ；
A．干电池
B．学生电源
C．实验室用电压表
D．多用电表
（2）关于本实验，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．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
（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 ；
Ua/V
1.80
2.80
3.80
4.90
Ub/V
4.00
6.01
8.02
9.98
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
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（4）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。作为横挡的铁芯Q 的硅钢
片应按照下列哪种方法设计 。
A．
B．
C．
D．
11．（2021·北京通州·统考模拟预测）某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关
系”实验。
（1）下列实验器材必需要用的有 （选填字母代号）。
A．干电池组 B．学生电源
C．多用电表 D．直流电压表
E．滑动变阻器 F．条形磁体
G．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
（2）下列说法正确的是 （选填字母代号）。
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．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，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
D．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
（3）该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中n1、n2分别为原、副线圈的匝数，U1、U2分别
为原、副线圈的电压，通过实验数据分析可以得到的实验结论是： 。
实验次数
n1/匝
n2/匝
U1/V
U2/V
1
1600
400
12.1
2.90
2
800
400
10.2
4.95
3
400
200
11.9
5.92
12．（2020·北京延庆·统考一模）在“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”实验中，某同学
利用“教学用的可拆变压器”进行探究。
（1）下列器材中，实验需要的器材是 ；
A．干电池 B．低压交流电源
C．220 V 交流电源 D．条形磁体
E．可拆变压器和导线 F．直流电压表
15
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G．多用电表
（2）该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，
改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈两端的电压值。由于交变电流的电压是变化的，所以，我们
实际上测量的是电压的 （选填“有效”或“最大”）值。其中一次操作后副线圈所接多用电表读
数如图所示，此时电表读数为 ；
（3）理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 （选填“正比”或“反比”），实验中由于变压
器的铜损和铁损导致原线圈与副线圈的电压之比一般 （选填“大于”“小于”或“等于”）原线
圈与副线圈的匝数之比。
16
