變壓器教學設計

《變壓器》教學設計［物理3—2（選修）第五章第四節(jié)］教材地位變壓器是交變電路中常見的一種電器設備，也是遠距離輸送交流電不可缺少的裝置.學生通過前面《電磁感應》整章的學習，已經(jīng)對磁生電以及渦旋電流有了基本的掌握，在《交流電》前兩節(jié)的學習，對交流電的特點也比較清楚，已經(jīng)基本具備了學習變壓器這一節(jié)內(nèi)容的必備知識。這節(jié)內(nèi)容承上啟下，它是電磁感應知識及交變電流概念的綜合應用，體現(xiàn)出了交變電流的優(yōu)點，為電能輸送奠定了基礎。《課程標準》對于變壓器的教學要求是“通過實驗，探究變壓器線圈兩端的電壓及匝數(shù)的關系”，新教科書增加了這一探究實驗，教學中要突出通過探究結論。在講解變壓器的原理時，要積極引導學生從電磁感應的角度說明：原線圈上加交流電壓產(chǎn)生交流電流，鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，副線圈中產(chǎn)生交變電動勢，副線圈相當于交流電源對外界負載供電.要向學生強調，從能量轉換的角度看，變壓器是把電能通過磁場能轉換成電能的裝置，經(jīng)過轉換后一般電壓、電流都發(fā)生了變化.有的學生認為變壓器鐵芯是帶電的.針對這種錯誤認識，可讓學生根據(jù)電磁感應原理，經(jīng)過獨立思考了解到變壓器鐵芯并不帶電，鐵芯內(nèi)部有磁場（鐵芯外部磁場很弱）。要讓學生明白，互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎.要讓學生在學習電磁感應的基礎上理解互感現(xiàn)象.這里的關鍵是明白原線圈和副線圈有共同的鐵芯，穿過它們的磁通量和磁通量變化時刻都是相同的.因而，其中的感應電動勢之比只及匝數(shù)有關.這樣，原副線圈的匝數(shù)不同，就可以改變電壓了.要使學生明白，理想變壓器是忽略了變壓器中的能量損耗，它的輸出功率及輸入功率相等，這樣才得出原、副線圈的電壓、電流及匝數(shù)的關系.在解決有兩個副線圈的變壓器的問題時，不做統(tǒng)一的要求，不必急于去分析這類問題，對學有余力的學生，可引導他們進行分析討論.變壓器在生產(chǎn)和生活中有十分廣泛的應用.課本中介紹了一些，教學中可根據(jù)實際情況向學生進行介紹，或看掛圖、照片、實物或參觀，以開闊學生眼界，增加實際知識.教材分析本節(jié)重點是從電磁感應的角度和能量的轉化及守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理以及探究變壓器的匝數(shù)及線圈兩端的電壓的關系并能用它解決基本問題。對于變壓器工作原理，要讓學生在電磁感應理論的基礎上理解什么是互感現(xiàn)象？為什么原、副線圈之間沒有載流導體的連接，副線圈中還可以輸出電流？使學生再次體會交變電流及恒定電流的區(qū)別，以及交變電流的優(yōu)點。在解決有兩個副線圈的變壓器的問題時，不做統(tǒng)一的要求，不必急于去分析這類問題，對學有余力的學生，可引導他們進行分析討論。教學目標一、知識目標.知道變壓器的構造..理解互感現(xiàn)象，理解變壓器的工作原理..理解理想變壓器原、副線圈中電壓及匝數(shù)的關系，能應用它分析解決有關問題..理解理想變壓器原、副線圈中電流及匝數(shù)的關系，能應用它分析解決有關問題..知道課本中介紹的幾種常見的變壓器.二、技能目標.用電磁感應去理解變壓的工作原理，培養(yǎng)學生綜合應用所學知識的能力..講解理想變壓器使學生了解建立物理模型的意義.（抓主要因素，忽略次要因素，排除無關因素）三、情感態(tài)度目標.使學生體會到能量守恒定律是普遍適用的..培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度.教學重點及難點.探究變壓器的匝數(shù)及線圈兩端的電壓的關系并能用它解決基本問題.從電磁感應的角度和能量的轉化及守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理教學用具可拆變壓器、自制線圈、交流電壓表、學生電源、數(shù)字萬用電表、干電池、燈泡、導線等教學方法及手段本節(jié)課應圍繞“什么是變壓器？”“變壓器副線圈為什么有電壓？'”變壓器為什么能改變電壓？”“變壓器是怎樣改變電壓和電流的？”可以采用定性分析和定量推導相結合，實驗探究和理論推導相結合的方法掌握電壓及線圈匝數(shù)之間的關系。同時，以能量轉化和傳輸為核心，突出變壓器的理想化模型，由此推導功率關系和電壓電流關系。教學過程導入新課[事件1]教學任務：創(chuàng)設情景，導入新課師生活動：今天我們要學習的是變壓器這一節(jié)，課前讓同學們搜集各種變壓器，哪些同學可以跟同學們分享一下你們搜集的變壓器的工作電壓是多少？用電器額定工作電壓用電器額定工作電壓隨身聽3V機床上的照明燈36V掃描儀12V防身器3000V

手機充電器4.2V 4.4V5.3V黑白電視機顯像管幾萬伏錄音機6V9V12V彩色電視機顯像管十幾萬伏我們發(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？這就需要學習一種新的設備一一變壓器。推進新課[事件2]教學任務：了解變壓器的構造師生活動：.請同學觀察可拆變壓器并回答變壓器由哪些部分組成。展示可拆變壓器:左右各有一個線圈套在鐵芯上，其中一個及電源相連的稱為原線圈（或初級線圈），另一個及用電器相連的稱為副線圈（或次級線圈）。線圈是由絕緣的導線繞制的。閉合的鐵芯是由涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊加而成的。線圈及鐵芯彼此絕緣。.介紹變壓器的示意圖，原副線圈的匝數(shù)一般是不同的，、和3分別表示原線圈和副線圈的匝數(shù)，1和4表示原線圈和副線圈的端電壓。電路圖中符號小結：最典型的變壓器是由兩個線圈和閉合鐵芯構成。[事件3]教學任務：變壓器的原理師生活動：問題引入：變壓器的鐵芯帶電嗎？交流討論：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，將鐵芯磁化并在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個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)感應電動勢。如果副線圈兩端連著用電器，副線圈中就會產(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，所以也都會引起感應電動勢。小結：變壓器的原理：互感現(xiàn)象時變壓器工作的基礎。通過互感現(xiàn)象，電源的能量可以從一個線圈傳輸給另一個線圈。問題追蹤1：若是接直流電源的話，副線圈兩端的燈泡的亮度如何？電壓會有什么變化？演示實驗：接直流電時，燈泡不亮，副線圈兩端電壓為零。小組合作討論：如何解釋這個現(xiàn)象呢？學情預設及解答：可能有少部分學生難以理解，對于領悟力好分析能力強的學生代表發(fā)言：①若為直流情況，鐵芯中有磁感線但鐵芯中的磁通量不變，無法產(chǎn)生電磁感應，也就沒有感應電動勢，所以小燈泡不亮。②從能量的角度解釋，接交流電時，由于互感現(xiàn)象原線圈的電能先轉化為磁場能再轉化為副線圈的電能。而接直流電時，不能發(fā)生這樣的能量轉化。問題追蹤2：在變壓器通過交變磁場傳輸電能的過程中，閉合鐵芯起什么作用？演示實驗：取下可拆變壓器的一塊鐵芯，使其不閉合，觀察現(xiàn)象；慢慢閉合鐵芯，再觀察現(xiàn)象。（現(xiàn)象：發(fā)現(xiàn)燈變暗了，甚至不亮，而重新加上鐵芯后，逐漸恢復到正常發(fā)光。）小組合作討論：如何解釋這個現(xiàn)象呢？學情預設及解答：該問題會在學生中間引發(fā)強烈的興趣和求知欲，引導學生通過現(xiàn)象分析本質：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線絕大部分集中在鐵芯中，使得能量轉化的效率提高了。[事件4]教學任務：探究變壓器線圈兩端的電壓及匝數(shù)的關系實驗師生活動：你認為線圈兩端的電壓及線圈的匝數(shù)可能有什么關系？對于電壓及匝數(shù)間的關系，我們同學可以自己動手做實驗探究一下。分組實驗：1、實驗裝置：學生交流電源、可拆變壓器、電壓表第7頁2、分組測量，記錄數(shù)據(jù)實驗次數(shù)123456原線圈匝數(shù)n1n1n1n1n2n2n2副線圈匝數(shù)n2n1n12n1n2n22n2副線圈輸出電壓U2結論討論及交流得出結論：在實驗誤差范圍內(nèi)，原副線圈的電壓及原副線圈的匝數(shù)成正比。問題追蹤1：引號竽生鉆％小總是小十言，思考為什3磁感線分布原副線圈完全一致嗎？問題追蹤2：探究產(chǎn)生誤差的主要因素。小結：產(chǎn)生誤差的主要原因：①漏磁，②線圈內(nèi)阻等定義新概念：如果在能量轉化的過程中能量損失很小，能夠略去原、副線圈的電阻，以及各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器。這是物理學中又一種理想化模型?？偨Y及歸納：a、理想變壓器，有u=旦1 1Un2 2b、如果n2>),則輸出電壓高，稱升壓變壓器；如果n2V、，則輸出電壓低，稱降壓變壓器。[事件5]教學任務：理想變壓器的原副線圈的電流及匝數(shù)的關系師生活動對于理想變壓器而言，還有一個重要特點是將鐵芯中發(fā)熱的能量忽略不計。我們知道繞在在鐵芯上的線圈通交流電后會在鐵芯中產(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。因此，理想變壓器輸入的電功率等于輸出的電功率，即P1=P2交流討論：理想變壓器的原副線圈的電流及匝數(shù)之間有什么關系呢？能不能推導出數(shù)學表達式呢？學情預設： 學生通過討論一般都能得出正確結論，（由：P1=P2 U]I]=U2I2 由此可得，L二U2二3）12u1 *結論：理想變壓器的原副線圈的電流跟他們的匝數(shù)成反比。學以致用：變壓器線圈電流越大，就要用較粗的導線。電流小，可用較細的導線，為什么呢？我們可以從導線的粗細來判斷其匝數(shù)的多少，小區(qū)的變壓器是降壓變壓器，若只有原副線圈各一個，那個線圈應該使用較粗的導線?[事件6]課堂鞏固及反饋課堂小結[事件7]教學任務：引導學生總結本節(jié)課的學習活動。第9頁本節(jié)重點是從電磁感應的角度和能量的轉化及守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理以及探究變壓器的匝數(shù)及線圈兩端的電