高二物理變壓器教案

1、第四節(jié) 變壓器 【教學(xué)目標(biāo)】 1、了解使用變壓器的目的，知道變壓器的基本構(gòu)造，知道理想變壓器和實(shí)際變壓器的區(qū)別。 2、知道變壓器的工作原理，會(huì)用法拉第電磁感應(yīng)定律解釋變壓器的變比關(guān)系。 3、知道不同種類的變壓器。 【教學(xué)重點(diǎn)】 變壓器的工作原理，互感過程的理解及電壓與匝數(shù)的關(guān)系。 【教學(xué)難點(diǎn)】 互感過程的理解，變比關(guān)系的推導(dǎo)和理解 【教學(xué)方法】 演示、推理、學(xué)生實(shí)驗(yàn) 【教具】 學(xué)生電源、可拆變壓器、交流電壓表、小燈泡、多用電表（交流電壓檔） 【教學(xué)過程】 引入新課 今天我們要學(xué)習(xí)的是變壓器這一節(jié)，在進(jìn)入新課前，我們來看這樣一組數(shù)據(jù)。 投影： 用電器 額定工作電壓 1U=1n 用電器 額定工作電

2、壓 隨身聽 3V Un機(jī)床上的照明燈 36V 掃描儀 12V 防身器 3000V 手機(jī)充電器 4.2V 4.4V 5.3V 黑白電視機(jī)顯像管 幾萬伏 錄音機(jī) 6V 9V 12V 彩色電視機(jī)顯像管 十幾萬伏 提問：我們發(fā)現(xiàn)不同的用電器所需的額定電壓是不同的，但是我國民用供電電壓均為220V，怎樣才能讓這些工作電壓不同的用電器正常工作呢？ 回答：用我們今天所要學(xué)習(xí)的設(shè)備變壓器。 演示實(shí)驗(yàn)：出示交流電源，用交流電壓表（量程10V）測(cè)其電壓為7V，若想用這個(gè)電源來使額定電壓為3V的小燈泡正常發(fā)光，顯然不能直接接電源，我們就可以利用變壓器將電源電壓降下來后再接燈泡。 現(xiàn)象：燈泡能夠正常發(fā)光。 這說明變壓

3、器是能夠改變交流電壓的設(shè)備。 過渡：為什么變壓器會(huì)有這樣的功能呢？就讓我們先從變壓器的構(gòu)造說起。 一、變壓器的構(gòu)造 最典型的變壓器是由兩個(gè)線圈和閉合鐵芯構(gòu)成。 展示可拆變壓器，左右各有一個(gè)線圈套在鐵芯上，其中一個(gè)與電源相連的稱為原線圈（或初級(jí)線圈），另一個(gè)與用電器相連的稱為副線圈（或次級(jí)線圈）。線圈是由絕緣的導(dǎo)線繞制的。閉合的鐵芯是由涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊加而成的。線圈與鐵芯彼此絕緣。 投影：變壓器的示意圖，原副線圈的匝數(shù)一般是不同的，n1和n2分別表示原線圈和副線圈的匝數(shù)，U1和U2表示原線圈和副線圈的端電壓。 提出疑問：從前面的實(shí)驗(yàn)中看到燈泡能夠發(fā)光，說明副線圈兩端是有電壓的，但是線圈和鐵

4、芯彼此絕緣，不可能將原線圈的電能直接傳送到副線圈來，那么這個(gè)電壓是如何產(chǎn)生的呢？ 其實(shí)變壓器也是法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種應(yīng)用，我們可以具體來分析變壓器是如何工作的。 二、變壓器的工作原理 分析：把交變電壓加在原線圈上，原線圈中的交變電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，將鐵芯磁化并在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個(gè)交變的磁通量不但穿過原線圈，也穿過副線圈，所以也在副線圈中激發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果副線圈兩端連著用電器，副線圈中就會(huì)產(chǎn)生交變電流。這一交變電流也產(chǎn)生交變的磁通量，交變的磁通量同樣即穿過副線圈也穿過原線圈，所以也都會(huì)引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。把原線圈引起的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用E1表示，副線圈引起的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用E2表示。 顯然

5、，這一過程中原副線圈是互相感應(yīng)的，我們就把原、副線圈中由于有交變電流而產(chǎn)生的互相感應(yīng)的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象。 因此，通過互感現(xiàn)象，副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于一個(gè)電源可以對(duì)外供電了。 提問學(xué)生：若是接直流電源的話，副線圈兩端還會(huì)有電壓?jiǎn)幔?演示實(shí)驗(yàn)：接直流電時(shí)，燈泡不亮，副線圈兩端電壓為零。 從能量的角度解釋，接交流電時(shí)，由于互感現(xiàn)象原線圈的電能先轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能再轉(zhuǎn)化為副線圈的電能。而接直流電時(shí)，不能發(fā)生這樣的能量轉(zhuǎn)化。 提問：在變壓器通過交變磁場(chǎng)傳輸電能的過程中，閉合鐵芯起什么作用？ 演示實(shí)驗(yàn)：取下可拆變壓器的一塊鐵芯，使其不閉合，觀察現(xiàn)象。 發(fā)現(xiàn)燈變暗了，甚至不亮，而重新加上鐵芯后，正常發(fā)

6、光。 說明：若沒有鐵芯，則磁感線漏失在空間中，只有一小部分穿過另一線圈，而加上鐵芯后可以使磁感縣絕大部分集中在鐵芯中，使得能量轉(zhuǎn)化的效率大大提高了。 三、理想變壓器的變壓規(guī)律 若將漏失的磁通量忽略不計(jì)，可認(rèn)為穿過原副線圈的磁通量相同變化情況也相同，則在每匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一樣的，但因?yàn)樵本€圈的匝數(shù)不同，則有： E1 = n 1t? E2 = n 2t? 由此可得 21EE =21nn 若將原線圈導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)，則 U1 = E1。 若將副線圈導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)，則因?yàn)楦本€圈可以看成一個(gè)電源，忽略內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)等于路端電壓，U2 = E2。 因此： 22像這樣忽略了原副線圈的電阻以及各種

7、電磁能量損失的變壓器，稱為理想變壓器。可見，理想變壓器原副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。 過渡：對(duì)于電壓與匝數(shù)間的關(guān)系我們可以自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下。 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：1、介紹儀器、4V學(xué)生交流電源 投影：、小型變壓器，不同于可拆變壓器，兩個(gè)線圈套在一起，每個(gè)線圈都標(biāo)有匝數(shù)，鐵芯上下拼成日字形狀，使線圈處于鐵芯的中間，這樣同樣能使得穿過原副線圈的磁通量相同。 、萬用表，可以測(cè)量交流電壓，先使得轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕調(diào)在交流電壓10V量程擋上，讀數(shù)可以在表盤上讀取，測(cè)量時(shí)直接用表筆接觸接線柱。 2、測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù) n1 n 2 n1/ n2 U1 U2 U1/ U2 60 120 1:2 120 60 2:

8、1 3、提問學(xué)生，并得到結(jié)論：、在誤差范圍內(nèi)，有21UU21nn 略有誤差是因?yàn)?，此時(shí)忽略了原副線圈的電阻和漏磁。 、如果n2n1 ，則輸出電壓高，稱升壓變壓器； 如果n2n1 ，則輸出電壓低，稱降壓變壓器。 對(duì)于理想變壓器而言，還有一個(gè)重要特點(diǎn)是將鐵芯中發(fā)熱的能量忽略不計(jì)。我們知道繞在在鐵芯上的線圈通交流電后會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生渦流，損失能量，但是鐵芯如果用薄硅鋼片疊加制成的話，可以使損失大大降低，甚至可以忽略不計(jì)。 因此，理想變壓器輸入的電功率等于輸出的電功率，即 P1=P2 U1I1=U2I2 由此可得， 121221nnUUII? 所以，理想變壓器的原副線圈的電流跟他們的匝數(shù)成反比。 由這一

9、關(guān)系，可知若是高壓線圈匝數(shù)多，但電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線，可以節(jié)省材料；若是低壓線圈匝數(shù)少但是電流大，就要用較粗的導(dǎo)線。所以，我們可以從導(dǎo)線的粗細(xì)來判斷其匝數(shù)的多少，進(jìn)而判斷使升壓變壓器還是降壓變壓器。 四、幾種常見的變壓器 投影圖片 1、自耦變壓器 特點(diǎn)：只有一個(gè)線圈，滑動(dòng)頭P改變位置時(shí)，輸出電壓也會(huì)改變 若將整個(gè)線圈作原線圈，則n2n1為降壓變壓器， 若將整個(gè)線圈作副線圈，則n2n1為升壓變壓器。 2、互感器 應(yīng)用：用于將高電壓變成低電壓，或?qū)⒋箅娏髯兂尚‰娏鞯淖儔浩鳌＿@樣可以測(cè)量高電壓和大電流了。 、電壓互感器 要求：原線圈并聯(lián)進(jìn)電路，副線圈接交流電壓表，原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)。 、電流互感器 要求：原線圈串聯(lián)進(jìn)電路，副線圈接交流電流表，原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù)。 五、小結(jié)