-2025学年高二教案物理（人教版2019）选择性必修2第三章３３变压器教学设计

3.3变压器教学设计1.课时教材分析：本节属于“电磁感应及其应用”模块，学生在之前已经学习了法拉第电磁感应定律，了解了感应电动势产生的原理，并能从实验的角度去发现和解决问题。本章将继续展开对电磁感应原理的深入探究及其应用。课标中多次强调以实验认识交变电流、以实验探究变压器的变压规律，都体现出对于学科核心素养“科学探究”能力的要求。在贯彻学科核心素养的同时，以情境创设为基础诱发学生进行逻辑思维的训练，促进学生形成严谨的科学观念。学生已经进行了两节关于交变电流规律的学习，对它的描述方法和形成特征已经有了较深刻的认识，对于用实验的方式研究交变电流已不再陌生，作为本章的第三节，变压器是继交变电流之后，电磁感应又一重要的实际应用。本节将继续以实验方式，逐渐引导学生经历完整的实验探究过程，让学生获得变压器的变压规律的同时对学科素养进行渗透，促进其进一步养成良好的科学态度与责任，并对下一节构建远距离输电模型做好知识积累和思维铺垫。本节课将在注重学生学科素养发展的单元教学框架下，以单元核心任务作背景，促进本节子任务的生成，并作为问题情境激发学生的求知欲。再辅以每一个具体情境，引导学生逐步进行对于变压器的构造、原理、规律及应用的探究，并适度进行拓展性问题的设计，让有限的课堂学习得以延伸。课时学情分析：学生已经学习了互感现象，可以顺利理解变压器原理，并通过前两节的学习也对交变电流有了深刻的认识和理解。作为高二的学生，已经具备较为成熟的问题意识和物理逻辑，能在教师的引导下进行实验的整体设计、进行实验和分析数据，并以“证据意识”对问题进行解答和生成结论，为本节课实验的成功实施提供了保障，但在表达相关结论时不够严谨精确。3.课时学习重点：变压器的工作原理和理想变压器的变压规律4.课时学习难点：实验的设计与实施以及理想变压器的变压规律5.开放性学习环境：共组建6个学习小组，每组分配可拆式变压器、学生电源、灯泡、开关、数字万用表、导线若干。16.课时学习目标：物理观念：知道并会应用公式推导理想变压器的原、副线圈电流与匝数的关系，能用能量观点解释理想变压器中的电能传输，强化能量观点。科学思维：知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。能在合理的科学猜想指引下形成对进行实验方案的构建，提升逻辑能力。科学探究：经历变压器的变压规律探究过程，提高科学探究能力。并能以Excel图表方式对结论进行更为直观的展示，体会图像法的便捷性。科学态度与责任：实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。7.课时教学过程：子任务：研究电能输送中的核心部件情境：参观淮北市大唐发电厂，形成社会实践报告；展示淮北市供电局提供的电能输送参数图片，小区旁边的变压器实物图片。问题：伴随科技飞速发展，人们对电能输送提出了更高的要求。假如你是一位电力工程师，请针对淮北市遇到的电力扩容问题进行方案评估。伴随参观淮北市大唐发电厂，大家又有什么新的发现？活动：以小组为单位观察并分析实践报告，发现有一种电力设备可以提高电压，把发电厂的电压提高到较高数值进行输送，同时又是这种设备存在于小区附近，在电力入户之前把电压再降低下来供居民使用。评价：根据学生实践活动分析并明确变压器在电能输送中的重要性以及研究意义，使本节子任务达到顺利的确立！（设计意图：由真实的情境出发，引导学生发现问题，提升问题意识。以单元大任务驱动子任务的建立，确定本节课的研究方向！）环节一：认识变压器情境1：展示家用插座和电动车充电器参数、充电器参数的图片。问题1：生活中的供电插座向我们提供220V的交流电压，但是为电动车充电器的输出电压为54V，充电器的输出电压为5V。在供给和需求出现矛盾时怎么办呢？变压器的作用是什么呢？2活动1：学生在教师的引导下进行思考讨论，得出必须要有一种能改变电压以适应不同需求的部件，这就是变压器。评价1：通过学生的回答反馈评价变压器的重要性和对研究方向的指向性，同时掌控学生对问题意识的了解程度。（设计意图：由供需关系出现矛盾，激发学生的探究欲望，并对学生的问题意识进行提升。）情境2：教师进行展示实验，把灯泡和若干匝线圈串联，分别用较少匝数的线圈放在工作的电磁炉上，和用较多匝数的线圈放在工作的电磁炉上。问题2：是什么原因让灯泡发光？灯泡的亮度相同吗？活动2：学生进行小组交流，发现互感现象是发光的原因，亮度和放到电磁炉上线圈的匝数有关系。评价2：通过学生的回答评价学生对以往知识的掌握程度和对影响亮度的原因的推测能力，为变压器主要由线圈构成做好铺垫。（设计意图：以直观的实验现象进行展示，抓住学生的有意注意，把“线圈”这个变压器的主要构成部分引导出来，并对变压器原理进行了渗透。）情境3：展示充电器拆解图、提供学生可拆式变压器。问题3：充电器就具备这样改变电压的能力，且广泛的存在于我们身边。对于变压器研究以充电器作为工具，还是以可拆式变压器呢？变压器还由哪些元件构成？活动3：学生分析讨论后发现，充电器集成度较高不适合研究，所以应简化模型。利用可拆式变压器进行拆解，观察组成部分。评价3：通过学生的讨论结果，评价学生对物理研究的一般方法和思想的掌握程度，评价学生由复杂到简单的模型优化能力。（设计意图：引导学生能在熟悉的问题情境中把物理模型进行简化，发展学生的科学思维能力，强化物理学研究问题的一般思路。）3环节二：变压器的工作原理情境4：组织学生进行实验活动点亮小灯泡。问题4：学生电源应该选择交流还是直流？变压器改变输入端电压了吗？改变输入端频率了吗？如果没有铁芯，变压器就不能工作了吗？变压器的工作原理是什么呢？活动4：学生动手实验，尝试使用变压器，过程中会面临直流电压和交流电压的选择。教师以问题链的方式对实验进行推进，发现变压器需要交流电源的输入，也没有改变原来学生电源的基本输入参数，以及铁芯具有增强实验效果的作用。得出指向性问题：变压器的工作原理是什么？评价4：根据学生的实验操作，评价学生对于电学实验的操作能力和对变压器原理的基本认识，便于对原理进行系统性归纳。（设计意图：让学生在使用中发现问题并解决问题，有效提升问题意识和科学探究能力。形成对变压器原理表层感知，为接下来原理的讲解做好铺垫。）情境5：展示带有磁场标记的变压器示意图。问题5：变压器的工作原理是什么呢？活动5：学生小组思考讨论形成认识，应该是输入变化的原电流使产生的原磁场发生变化，副线圈里接收到的磁通量产生相同的变化，激发副线圈产生变化的感应磁场和感应电流，进而完成互感现象。从磁场的角度上看，正是电能→磁场能→电能的转化。评价5：通过学生对变压器工作原理的梳理过程，评价学生对已有知识的掌握程度和对刚才实验现象的理解深度，形成对学生物理思维的反馈。从能量的角度评价学生对变压器原理的深层认知。（设计意图：变压器的工作原理为之前已学习的互感现象，在教学时让学生口述互感过程可以加深对已有知识的理解和应用，并促进物理思维的提升。同时教师以能量观再次描述原理，达到认知层次的提升，强化物理观念。）4环节三：探究变压器的规律情境6：学生回想互感现象。问题6：提出合理的科学猜想输出电压和什么有关？活动6：学生讨论后进行猜想的呈现，教师进行归纳：可能和匝数以及输入电压有关。评价6：通过学生的回答，评价对互感现象的影响因素的认识。（设计意图：合理的科学猜想为有效的进行实验指明方向，通过本活动可有有效的提升学生的质疑能力和证据意识，提升科学探究能力同时塑造严谨的科学态度。）情境7：交流讨论进行实验设计。问题7：如何构建实验方案？怎样具体设计实验步骤？实验中要注意什么？活动7：学生进行小组交流讨论形成基本设计方案，并针对于之前的影响因素进行设计具体的测量方法。教师进行引导并归纳出具体的方案A（保持输入电压U1和原线圈匝数n1不变，改变副线圈匝数n2，测量输出端电压U2）和方案B（保持原线圈匝数n1和副线圈匝数n2不变，改变输入端电压U1，测量输出端电压U2）两种方案。同时强调注意事项，为实验的顺利进行提供保障。评价7：根据学生提供的实验方案、步骤的完整性评价学生科学探究素养水平的发展层次，即能否选制订科学便捷的探究方案，并根据学生提供的注意事项评价学生实验安全意识。（设计意图7：以学生为主体进行科学的实验方案的设计，有利于培养其科学探究能力，其注意事项的设计又是对科学态度与责任的再次提升。）情境8：提供实验报告。问题8：如何设计数据记录表格？怎样处理数据更为直观？活动8：组织学生根据实验方案进行表格设计，确定需要测量的物理量并展示。以及针对数据呈现规律的可视化处理，即Excel绘图。评价8：以学生的表格设计过程，评价学生对方案的理解程度。通过Excel绘图方案，评价学生的创新意识，和从多角度处理实验数据的科学探究能力。5（设计意图8：数据的采集和处理不仅展示了学生对实验方案的理解程度，也对学生自身科学探究能力提出更高要求，有效的课堂评价可以帮助教师及时掌控学生实验能力，更加有针对性的指导学生顺利进行实验。）情境9：展示实验报告和Excel图像问题9：实验结论是什么呢？可以进行理论推导吗？活动9：学生在教师的指导下，经过小组思考与讨论，完成对实验数据的分析并进行结论归纳，可形成初级结论，即原线圈电压和匝数不变时，副线圈匝数越多，电压越高；原、副线圈匝数不变时，原线圈电压越高，副线圈电压越高。再提炼为精确结论：U1/U2=n1/n2，并强调是误差允许的范围内。继续进行理论推导的展示，加强对结论的理解和说服力。评价9：教师对学生归纳结论的过程进行评价，帮助其建立正确严谨的物理观念，在小组讨论和思考时给予正确的指导，对团队合作给予肯定性评价。（设计意图：由实验数据到结论的归纳看似简单，实际是规律的凝练过程，需要学生较高的团队沟通交流能力和语言表达能力，通过本活动进行有效强化。再让学生经历由一般规律到精确规律的再次提炼，并强调误差允许的范围内，完成对科学探究和科学态度与责任的深化。规律得出的过程建立在实验的基础上，再加以理论推导进行说明，进一步从能量的传递与转换的角度强化对变压器的认识。）情境10：展示铁芯的实物图片和动画拆解图片。问题10：铁芯有什么特点？误差由何而来？活动10：组织学生再次观察实验桌上的可拆式变压器铁芯部分，发现铁芯并不是一个整体结构，而是由很多金属层叠装而成。引发对铁芯的更深层认识，这样的构造为了减少涡流，可以6减少对电能传输的影响。在去除了磁损、铁损、铜损之后，理想变压器概念的形成水到渠成。评价10：教师在学生观察铁芯进行质疑时及时给予肯定性评价，善于质疑才能发现问题。并在交流讨论时进行具有引导性的评价，对研究进行正面促进。（设计意图：让学生再次观察铁芯，可以培养学生细心观察的良好习惯，并从中发现误差来源，体会成就感的同时更加深化证据意识，并结合其他方面的误差，再次强化从能量的观点认识变压器。）情境11：展示理想变压器条件下对于功率关系和电流关系的理论推导。问题11：理想变压器的电流规律是什么呢？活动11：学生交流讨论，尝试说明功率关系，形成电流规律的初步认识。评价11：通过学生的回答反馈，评价对理想变压器的理解程度，评价对知识的初步迁移能力。（设计意图：学生能完成电流规律的初步归纳说明对理想变压器的基本规律已经形成认知，且具备一定的迁移能力，教师的评价式引导给予学生继续探究的信心。并以此引出拓展性学习：电流规律是否也能用实验证明呢？为什么这个公式只适用于一个副线圈的变压器？达到对能量观点的继续深化，让课堂学习得以延续。）环节四：变压器的生活应用情境12：展示钳式万用表实物图。问题12：参观电厂时候，工人师傅还向我们展示了这样一个万用表，常用于高压输电线上的电压和电流检测。它和我们实验时用到的万用表有什么不同呢？活动12：学生观察讨论钳式万用表的特点，猜测工作原理。教师进行解答，并介绍电流互感器和电压互感器。评价12：在学生观察和猜测原理时评价学生的观察能力和从不同角度分析问题的能力。（设计意图：再次回归参观电厂的真实情境，用所学知识尝试对位置事物规律进行解释，强化学生的科学思维，使学科素养得以全面贯彻实施。）情境13：展示无线充电和电动汽车无线充电案例。问题13：变压器传输电能时还有什么显著特点？7活动13：学生思考讨论，发现变压器的原副线圈是不需要导线相连的，这与传统的输电方式有明显的区别，人们根据这一特点设计了无线充电，并尝试应用到电动汽车上。评价13：再次评价学生的观察思考能力，引导学生关注科技发展。（设计意图：物理来源于生活，服务于生活。本节课由实践活动入手，让学生经历由发现问题科学探究解决问题过程，学科素养得到多维度的提升，最终由回归生活现象，体会物理和生活的紧密结合。并结合科技发展实力，拓宽视野，培养学生用于科学探究的良好品质和强烈的社会责任感。）8教学流程图：展示电厂参观和实践报告展示互感现象的实验

开始情境：普遍存在于电厂和社区附近的用于改变电压的装置具有重要的研究意义简化模型，确定方法拆解变压器点亮小灯泡科学猜想、构建方案、设计步骤注意事项、记录表格、归纳数据描点作图发现规律生成结论钳式万用表迁移使用无线充电加强认识结束