高中物理 5.4变压器(教学设计)

高中物理 5.4变压器(教学设计)

‎5.4变压器(教学设计) ‎ ‎【教材分析】‎ ‎《变压器》是物理选修3—2第五章《交变电流》第4节的内容。变压器也是交流电路中常见的一种电器设备,它是建立在电磁感应现象的基础上，是电磁感应教学的进一步延伸，同时，是远距离输电不可缺少的装置，为学习远距离输电奠定了基础，所以这一节在物理的学习过程中起着承上启下的重要作用。即是本章重点内容之一，也是高考的热点之一。‎ ‎【学情分析】‎ 学生基础极其差，对前面电磁感应还不是特别理解，但脑海里已有一定的印象，需要教师在讲解变压器原理时需要多引导，让学生在电磁感应理论的基础上理解什么是互感现象？为什么原、副线圈之间没有载流导线的连接，副线圈中还可以输出电流？使学生再次体会交变电流与恒定电流的区别，以及交流电的特点。‎ 学生对变压器会感觉比较陌生，教学中课根据实际情况向学生进行介绍，如图片、实物，以及利用是多媒体设备展示相关的视频资源，以提高学生学习的兴趣和开阔学生的眼界。‎ ‎【设计理念】‎ 教学应围绕“什么是变压器？”“变压器副线圈为什么有电压？”“变压器为什么能改变电压？”“变压器是怎样改变电压、电流的？”等问题为线索展开教学。以能量转化和传输为核心，突出变压器的理想化模型，这是处理本节课教学内容所遵循的基本原则。‎ ‎【教学目标】‎ ‎（一）知识与技能 ‎1．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。‎ ‎2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。‎ ‎3、了解变压器在生活中的应用。‎ ‎（二）过程与方法 在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。‎ ‎（三）情感、态度与价值观 ‎1．使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。‎ ‎2．激发学生对科学的兴趣和热情，使他们了解变压器在生活中的应用。‎ ‎3．进行科学态度、科学方法的教育，了解理想化模型在物理学研究中的重要性。‎ ‎【重点难点】‎ ‎1．重点：理想变压器原副线圈电压、电流与匝数的关系；‎ ‎2．难点：理想变压器电压、电流与匝数关系的分析推导。‎ ‎【教学准备】‎ 制作课件、Flash动画、实验视频 ‎【教学方法】实验探究、思考讨论、阅读法、理论推理法、讲解法 ‎【教学过程】‎ 一、创设情境，激趣导入 ‎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 MP3/MP4‎ ‎3V 笔记本电脑 ‎12v～20v 扫描仪 ‎12V 电动车电池 ‎24v，36v，48v 手机充电器 ‎4.2V4.4V 5V 5.3V 黑白电视机显像管 ‎1~2万伏 录音机 ‎6V 9V 12V 彩色电视机显像管 ‎3~4万伏 我国民用照明电压统一为220v！那么如何解决这一问题呢？——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）；‎ 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。‎ 二、展示学习目标（让学生知道本节课需要掌握哪些内容）‎ 学生根据学习目标用2分钟阅读课本 三、新课教学 ‎1、变压器的结构 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 小结：变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。‎ 一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。‎ 展示变压器的结构示意图和画出符号，如下图所示：‎ ‎2．变压器的原理 提问1：‎ 按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。‎ 实验现象：灯泡亮了。‎ 两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？‎ 当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。‎ 实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。‎ 小结：互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。‎ 提问2：‎ 小灯泡能发亮，说明副线圈中有了电能，那变压器是怎样将电能从原线圈转移到副线圈的？‎ 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。‎ ‎3、变压器的变压规律 提问3：变压器是怎样改变电压的？‎ 引导学生猜想：原、副线圈匝数不同，可能与电压的变化有关 实验：探究变压器线圈两端电压与匝数的关系 实验器材：可拆变压器、学生电源、多用电表、导线 实验电路：‎ 观看实验视频：‎ 结论： 在实验误差范围内，变压器的原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比：‎ ‎4、理想变压器 提问1：‎ 变压器将电能通过磁场能再转化成电能的过程中，有没有能量损失，损失在哪？‎ 学生活动：阅读课本42页，找出答案 答：1、原、副线圈有电阻，会发热。——铜损 ‎2、变压器铁芯产生涡流，会发热。——铁损 ‎3、少量磁通量从变压器铁芯内漏失。——漏磁 小结：没有能量损失的变压器叫做理想变压器。，只适用于理想变压器。实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。‎ 如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。‎ 升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。‎ 提问2：‎ ‎①理想变压器原、副线圈的功率有怎样的关系？‎ ‎②理想变压器原、副线圈的电流有怎样的关系？‎ 小结：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。即 P入=P出 。‎ 学生活动：自主推导理想变压器原副线圈电流与匝数的关系 理想变压器输入的电功率等于输出的电功率，即P1=P2，U1I1=U2I2‎ ‎　　　　　　　　‎ 所以，理想变压器的原副线圈的电流跟他们的匝数成反比。公式：‎ ‎5、学以致用 ‎（1）、电网输送电的过程 在输电过程中，电压必须进行调整。——变压器 ‎（2）、变压器能不能改变直流的电压？‎ 小结：直流电流通过原线圈，它产生的磁场通过副线圈的磁通量是不变的。因此，在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端也没有电压，所以变压器不能改变恒定电流的电压。‎ ‎（3）、原副线圈的导线粗细一样吗？‎ 小结：不一样，高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线绕制。 这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。‎ ‎（4）随堂练习（要留给学生足够的思考时间，让学生自己上台练习）‎ ‎①、如图所示, 在变压器的一端输入直流电压U1=6V，线圈的匝数之比n1 ：n2= 1：2，则副线圈两端输出电压为（ ）‎ A 10V B 12V C 0V D 6V ‎②、一台理想变压器原线圈的匝数为4400匝,与220V的交流电源相连,当副线圈接入额定电压为36V的灯泡时,能够正常发光.则变压器副线圈的匝数为( )‎ A、36匝 B、72匝 C、720匝 D、1440匝 ‎③、一台理想变压器，原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100Ω的负载电阻，若把原线圈接在220V交流电源上，则电压表示数为____V,电流表示数为_____A。‎ ‎④、如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20 ∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“200V　60W”灯泡一只，且灯泡正常发光。则(　　)‎ A．电源输入功率为60W B．电流表的示数为‎6A C．电流表的示数为‎0.015A D．原线圈端电压为10V ‎6、系统归纳，总结全课 在本节课学习中，我们学了哪些知识，请同学们归纳总结？‎ ‎7、布置作业：课本P44 问题与练习2、3题 ‎【板书设计】‎ ‎ 5.4变压器 一、变压器的结构 ‎1、构造：闭合铁芯、原线圈、副线圈 2、符号：‎ 二、变压器的工作原理 ‎1、互感现象 ‎2、能量转化：电能——磁场能——电能 三、实验：探究变压器线圈两端电压与匝数的关系 四、理想变压器 ‎1、定义：没有能量损失的变压器 ‎2、电压关系：‎ ‎3、功率关系：P入=P出 ‎4、电流关系： ‎