《变压器》教学设计

1 第四节 变压器 教学设计 一 教学思路 变压器 的教学围绕 变压器为什么能改变电压 变压器是怎样改变电压 电流等问题为线 索来展开教学过程 采用定性分析和定量相结合 理论推导和实验验证相结合的方法 先使学生理 解互感现象 再通过学生探究活动 验证电压与匝数的关系 邂逅通过法拉第电磁感应定推导出电 压与线圈匝数之间存在的关系 教材分析 教材是落实课程标准 实现教学目标的重要载体 新教材的特点之一是 具有基础性 丰富性和开放性 即学习内容是基础而丰富的 呈现形式是丰富而开放的 本节教材配有小实验 思考与讨论 简明扼要的文字说明 贴近生活的图片生动而形象 开阔眼界的科学漫步 教材对变 压器原理的表述比较浅 在处理时要将这部分内容情境化 将静态知识动态化 利于学生理解透彻 学生分析 学生通过前面 电磁感应 整章的学习 已经对磁生电以及涡旋电流有了基本的掌握 在 交流电 前两节的学习 对交流电的特点也比较清楚 已经基本具备了学习变压器这一节内 容的必备知识 但对变压器原线圈两端的电压与原线圈产生的电动势大小关系这一知识点比较欠缺 在教学中需作出补充提示 二 教学目标 1 知识与技能 知道变压器的基本构造 理解变压器的工作原理 探究并应用变压器的各种规律 2 过程与方法 能熟练应用控制变量法解决多变量问题 进一步掌握科学探究的一般思路 3 情感态度与价值观 通过实验探究 体会科学探索的过程 激发探究物理规律的兴趣 通过真实操作和记录 获得团队合作精神的体验和实事求是的科学态度 三 教学重难点 教学重点 变压器工作原理及工作规律 教学难点 l 理解副线圈两端的电压为交变电压 2 推导变压器原副线圈电流与匝数关系 3 掌握公式中各物理量所表示对象的含义 重难点的突破措施 l 通过演示实验来研究变压器工作规律使学生能在实验基础上建立规律 2 通过理想化模型建立及理论推导得出通过原副线圈电流与匝数间的关系 3 通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含 义 四 教学媒体 变压器模型 学生电源 闭合铁芯 小灯泡 导线 多媒体等 2 五 教学过程 一 知识回顾 1 什么是互感现象 2 利用互感现象可以把 从一个线圈传递到另一个线圈 变压器就是利用 制成的 首先通过两个问题复习前面学过的电磁感应知识 给学生知识上的准备 二 新课讲授 1 1 新课导入 新课导入 1 在实际使用中 我们常常需要不同电压的交流电 如表所示 用电器额定工作电压用电器额定工作电压 随身听3V机床上的照明灯36V 扫描仪12V防身器3000V 手机充电器4 2V黑白电视机显像管几万伏 录音机6V彩色电视机显像管十几万伏 平常市电的电压是 220 伏 那该怎么办呢 我们需要变压器 让学生体会到变压器作用的实际意 义 2 多媒体展示变压器的种类和式样 让学生对实际变压器有感性认识 3 引导学生观察可拆变压器的构造 并通过示意图明确下列概念 原线圈 与电源相连 输入电压 U1 线圈匝数为 n1 副线圈 与用电器相连 输出电压 U2 线圈匝数为 n2 铁芯 有何特点 变压器是如何变压的呢 有什么规律 这就是我们今天要探究的课题 2 2 实验探究变压器的变压规律 实验探究变压器的变压规律 1 引导学生讨论探究的方案 猜测原副线圈的电压与什么因素有关 由法拉第电磁感应定律公式可能想到与线圈匝数有关 实验仪器为学生电源 低压交流 12V 可拆变压器 多用电表 交流电压档 设计并画出实验电路图 设计实验操作步骤 记录实验数据 可以设计一个表格 2 学生分组实验 控制变量法 保持原线圈电压和匝数不变 改变副线圈匝数 研究副线圈匝数对副线圈电压的影响 保持原线圈电压和副线圈匝数不变 改变原线圈匝数 研究原线圈匝数对副线圈电压的影响 3 引导学生分析数据 并归纳出 原线圈电压和匝数不变时 副线圈匝数越多 U2 越大 原线圈电压 和副线圈匝数不变时 原线圈匝数越少 副线圈电压越高 在实验误差范围内 原副线圈电压比跟原副 线圈的匝数比成正比 3 3 理论推导 理论推导 1 理想变压器模型的建立 在变压器的电磁感应过程中 电能和磁能的相互转化是最主要的因素 而伴随而来的损耗是一些次要 因素 为了研究的方便 我们突出主要因素 忽略次要因素 这是科学研究的一种常用方法 那么我们 可以把实际的变压器抽象成理想变压器 一个没有能量损耗的理想变压器 2 变压器主副线圈电压 电流 功率关系推导 3 法拉第电磁感应定律的应用 回避源电动势和反电动势叠加的过程 相位差问题 注意两边磁通 量相等 E1 n1 E2 n2 t t 2 1 E E 2 1 n n 对于理想变压器 导线电阻可以忽略 故 U1 E1 U2 E2 副线圈看成一个电源 电动势等于路端电压 所以 2 1 U U 2 1 n n 即 理想变压器原副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数比 如果 n2 n1 则输出电压高 称升压变压器 如果 n2 n1 则输出电压低 称降压变压器 思考 如果原线圈通入的是直流电 能否实现变压 功率和电流关系 功率 P1 P2 电流 2 1 I I 1 2 n n 分组讨论 1 讨论右图所示变压器的电压 功率和电流的关系 结论 P1 P2 P3 n1I1 n2I2 n3I3 2 1 U U 2 1 n n 3 1 U U 3 1 n n 分组讨论 2 讨论右图所示变压器的电压 功率 电流的关系 设两个副线圈的磁通分配相同 结论 P1 P2 P3 2n1I1 n2I2 2 1 U U 2 1 n n2 3 1 U U 3 1 n n2 n3I3 小结 从以上的探讨我们发现 变压器的电压关系和电流关系并 不是用一个正比和反比可以简单地概括 而是会随着变压器结构的改变而改变 但是 万变不离其 宗 能量守恒定律和法拉第电磁感应定律总是适用的 4 规律应用 规律应用 例 1 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为 n1 2200 匝 n3 440 匝 电源电压为 U1 220V n3上连接的负载电阻 R 8 8 n2上连接的灯泡 110V 110W 正常发光 求原线圈 中的电流 I1和 n2 n3 R n2 L 220V n1 4 例 2 如图所示 M 为理想变压器 原副线圈匝数比为 22 1 电源电压 u 311sin314t V 不变 变阻器 R 的最大阻值为 10 求 1 当变阻器的滑动头 P 从最下端向上移动时 各个电表读数如 何变化 2 变阻器 R 接入副线圈时电流表 A1的最小读数 3 如果变阻器 R 断路 电流表 A1的 读数又是多大 讨论原副线圈各个物理量变化的决定因素 输入电压 U1决定输出电压 U2 输出功率 P2决定输入功率 P1 在 U1 N1 N2一定的情况下 输出电流 I2决定 I1 5 5 总结全课 总结全课 在本节课学习中 我们学到了哪些知识 使用了哪些思想方法 请同学们总结归纳 变压器 主要由铁芯和原 副线圈组成 理想变压器的基本规律是 1 任何两组线圈的端电压与其匝数成正比 即 K U n U n U n n n U U n n U U 3 3 2 1 1 1 3 1 3 1 2 1 2 1 或 可见 电压仅与匝数有关 与负载无关 且同一个变压器各线圈的 每伏匝数 必相等 2 输入功率等于输出功率 或 出入332211 UIUIUI PP 因此 当副线圈所接负载变化时 副线圈的电流变化 原线圈的输入功率随之变化 3 输入端的安匝数等于输出端安匝数之和 即 332211 nInInI 当仅有一组原副线圈时可简化为 1 2 2 1 2211 n n I I nInI 或 6 6 作业布置 作业布置 1 课后习题 2 3 5 2 思考 如何测量高压线上的交流电压 六 教学评价 教材要求由实验得出理想变压器的变压规律 做好实验是本节教学的关键 为了培养学生根据 实验研究物理规律的能力 建议实验分两步进行 第一步 在法拉第电磁感应定律的指导下 定性 了解副线圈两端的电压与副线圈匝数有关系 从而确定第二步的研究方向 变压器的输入 输出电 压及原 副线圈匝数的关系 第二步 介绍线圈和它的匝数 演示输入电压变化时输出电压 在空 载条件下进行测量 变化的规律 实验数据应分布在黑板上 给学生提供分析和处理实验数据的条 件 从而得到理想变压器的变压公式 七 教学板书 第四节 变压器 一 变压器构造及原理 二 实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 三 理论推导变压器主副线圈电压 电流 功率的关系 四 例题讲评 总结 八 教学反思 重视问题情境的创设和学生思维动机的激发 引导学生主体积极参与教学 主动地探究和建构知 识 是优化本课题教学过程的有效途径 教学中要重视课题的方法教育功能 实验方法 理想化方法 等 和学生思维能力 探究能力的培养 要力图将本课题的教学转变成为师生共同参与的启发式问题 探究课 在教学中以实验为载体展开过程 以问题为线索将课堂教学组织起来 通过积极创设问题情 境 力求使实验与思维有机结合 层层递进 使学生始终处于积极参与探究的状态之中 充分展现物理 课教学的特点和魅力 九 教学资源 变压器是交流电路中常见的一种电器设备 也是远距离输送交流电不可缺少的装置 学习变 压器可以使学生了解电磁感应现象的广泛应用 开拓学生视野 提高学习物理的能力和兴趣 学习 变压器能够从能的转化和传递的角度进一步强化对电磁感应现象的认识 并为学习远距离输电奠定 基础 可拆变压器工作时 由于漏磁铜损 铁损较大 效率不高 低于 60 不能视为理想变 压器 为了不影响演示效果 在设计可拆变压器时 已适当增加副线圈匝数作为补偿 教材从变压 器工作时能量损耗忽略不计这一理想条件出发 通过理论推导得出变压器的交流规律 因而掌握理 想变压器的输出功率与输入功率的关系成为教学的关键问题 用演示实验验证功率相等关系和电流 比公式是有困难的 因为在实