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1、变压器教学设计物理32（选修）第五章第四节教材地位变压器是交变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。这节内容承上启下，它是电磁感应知识与交变电流概念的综合应用，体现出了交变电流的优点，为电能输送奠定了基础。课程标准对于变压器的教学要求是“通过实验，探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”，新教科书增加了这一探究实验，教学中要突出通过探究结论。在讲解变压器的原理时，要积极引导学生从电磁感应的角度说明：原线圈上
2、加交流电压产生交流电流，铁芯中产生交变磁通量，副线圈中产生交变电动势，副线圈相当于交流电源对外界负载供电.要向学生强调，从能量转换的角度看，变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置，经过转换后一般电压、电流都发生了变化.有的学生认为变压器铁芯是带电的.针对这种错误认识，可让学生根据电磁感应原理，经过独立思考了解到变压器铁芯并不带电，铁芯内部有磁场（铁芯外部磁场很弱）。要让学生明白，互感现象是变压器工作的基础.要让学生在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量变化时刻都是相同的.因而，其中的感应电动势之比只与匝数有关.这样，原副线圈的
3、匝数不同，就可以改变电压了.要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系.在解决有两个副线圈的变压器的问题时，不做统一的要求，不必急于去分析这类问题，对学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论.变压器在生产和生活中有十分广泛的应用.课本中介绍了一些，教学中可根据实际情况向学生进行介绍，或看挂图、照片、实物或参观，以开阔学生眼界，增加实际知识.教材分析本节重点是从电磁感应的角度和能量的转化与守恒的角度深刻理解变压器的工作原理以及探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题。对于变压器工作原理，要让学生在电
4、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体的连接，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，以及交变电流的优点。在解决有两个副线圈的变压器的问题时，不做统一的要求，不必急于去分析这类问题，对学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论。教学目标一、知识目标1.知道变压器的构造.2.理解互感现象，理解变压器的工作原理.3.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.4.理解理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题.5.知道课本中介绍的几种常见的变压器.二、技能目标1.用电磁感应去理解变压的工作原理，培养
5、学生综合应用所学知识的能力.2.讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义.（抓主要因素，忽略次要因素，排除无关因素）三、情感态度目标1.使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的.2.培养学生实事求是的科学态度.教学重点与难点1. 探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题2从电磁感应的角度和能量的转化与守恒的角度深刻理解变压器的工作原理教学用具可拆变压器、自制线圈、交流电压表、学生电源、数字万用电表、干电池、灯泡、导线等教学方法与手段本节课应围绕“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和电流的？”可以采用定性分析和定量推导相
6、结合，实验探究和理论推导相结合的方法掌握电压与线圈匝数之间的关系。同时，以能量转化和传输为核心，突出变压器的理想化模型，由此推导功率关系和电压电流关系。教学过程导入新课事件1教学任务：创设情景，导入新课师生活动：今天我们要学习的是变压器这一节，课前让同学们搜集各种变压器，哪些同学可以跟同学们分享一下你们搜集的变压器的工作电压是多少？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 4.4V 5.3V黑白电视机显像管几万伏录音机6V 9V 12V彩色电视机显像管十几万伏我们发现不同的用电器所需的额定电压是不同的，但是我国民用供电电压
7、均为220V，怎样才能让这些工作电压不同的用电器正常工作呢？这就需要学习一种新的设备变压器。推进新课事件2教学任务：了解变压器的构造师生活动：1.请同学观察可拆变压器并回答变压器由哪些部分组成。展示可拆变压器:左右各有一个线圈套在铁芯上，其中一个与电源相连的称为原线圈（或初级线圈），另一个与用电器相连的称为副线圈（或次级线圈）。线圈是由绝缘的导线绕制的。闭合的铁芯是由涂有绝缘漆的薄硅钢片叠加而成的。线圈与铁芯彼此绝缘。2.介绍变压器的示意图，原副线圈的匝数一般是不同的，n1和n2分别表示原线圈和副线圈的匝数，U1和U2表示原线圈和副线圈的端电压。电路图中符号 小结：最典型的变压器是由两个线圈和
8、闭合铁芯构成。事件3教学任务：变压器的原理师生活动：问题引入：变压器的铁芯带电吗？交流讨论：把交变电压加在原线圈上，原线圈中的交变电流产生交变的磁场，将铁芯磁化并在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量不但穿过原线圈，也穿过副线圈，所以也在副线圈中激发感应电动势。如果副线圈两端连着用电器，副线圈中就会产生交变电流。这一交变电流也产生交变的磁通量，交变的磁通量同样即穿过副线圈也穿过原线圈，所以也都会引起感应电动势。小结：变压器的原理：互感现象时变压器工作的基础。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。问题追踪1：若是接直流电源的话，副线圈两端的灯泡的亮度如何？电压会有什么变化？
9、演示实验：接直流电时，灯泡不亮，副线圈两端电压为零。小组合作讨论：如何解释这个现象呢？学情预设与解答：可能有少部分学生难以理解，对于领悟力好分析能力强的学生代表发言：若为直流情况，铁芯中有磁感线但铁芯中的磁通量不变，无法产生电磁感应，也就没有感应电动势，所以小灯泡不亮。从能量的角度解释，接交流电时，由于互感现象原线圈的电能先转化为磁场能再转化为副线圈的电能。而接直流电时，不能发生这样的能量转化。问题追踪2：在变压器通过交变磁场传输电能的过程中，闭合铁芯起什么作用？演示实验：取下可拆变压器的一块铁芯，使其不闭合，观察现象；慢慢闭合铁芯，再观察现象。（现象：发现灯变暗了，甚至不亮，而重新加上铁芯后
10、，逐渐恢复到正常发光。）小组合作讨论：如何解释这个现象呢？学情预设与解答：该问题会在学生中间引发强烈的兴趣和求知欲，引导学生通过现象分析本质：若没有铁芯，则磁感线漏失在空间中，只有一小部分穿过另一线圈，而加上铁芯后可以使磁感线绝大部分集中在铁芯中，使得能量转化的效率提高了。事件4教学任务：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验师生活动：你认为线圈两端的电压与线圈的匝数可能有什么关系？对于电压与匝数间的关系，我们同学可以自己动手做实验探究一下。分组实验：1、实验装置：学生交流电源、可拆变压器、电压表2、分组测量，记录数据实验次数123456原线圈匝数n1n1n1n1n2n2n2副线圈匝数n2n
11、1n12 n1n2n22 n2副线圈输出电压U2结论讨论与交流得出结论：在实验误差范围内，原副线圈的电压与原副线圈的匝数成正比。问题追踪1：磁感线分布原副线圈完全一致吗？问题追踪2： 探究产生误差的主要因素。小结：产生误差的主要原因：漏磁，线圈内阻等定义新概念：如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器。这是物理学中又一种理想化模型。总结与归纳：、理想变压器，有 、如果n2n1 ，则输出电压高，称升压变压器；如果n2n1 ，则输出电压低，称降压变压器。事件5 教学任务：理想变压器的原副线圈的电流与匝数的关系师生活动对于理
12、想变压器而言，还有一个重要特点是将铁芯中发热的能量忽略不计。我们知道绕在在铁芯上的线圈通交流电后会在铁芯中产生涡流，损失能量，但是铁芯如果用薄硅钢片叠加制成的话，可以使损失大大降低，甚至可以忽略不计。因此，理想变压器输入的电功率等于输出的电功率，即P1=P2交流讨论：理想变压器的原副线圈的电流与匝数之间有什么关系呢？能不能推导出数学表达式呢？学情预设： 学生通过讨论一般都能得出正确结论，（由：P1=P2 U1I1=U2I2 由此可得，）结论：理想变压器的原副线圈的电流跟他们的匝数成反比。学以致用：变压器线圈电流越大，就要用较粗的导线。电流小，可用较细的导线，为什么呢？我们可以从导线的粗细来判断
13、其匝数的多少，小区的变压器是降压变压器，若只有原副线圈各一个，那个线圈应该使用较粗的导线？事件6 课堂巩固与反馈课堂小结事件7教学任务：引导学生总结本节课的学习活动。本节重点是从电磁感应的角度和能量的转化与守恒的角度深刻理解变压器的工作原理以及探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题。对于理想变压器电压与匝数的关系：输入功率等于输出功率：P1=P2 电流与匝数的关系：布置作业（略）板书设计：1、变压器的构造（1）变压器的组成（2）变压器的符号2、变压器的工作原理-互感现象.3实验探究（1）猜想（2）实验方法（3）设计实验（4）记录、分析数据（5）理论推导4理想变压器（1）原副线圈的电压关系（2）原副线圈的电流关系
