2020-2021学年高中物理-第二章-交变电流-第06节-变压器教案1-粤教版选修3-2.doc

2020-2021学年高中物理 第二章 交变电流 第06节 变压器教案1 粤教版选修3-2

2020-2021学年高中物理 第二章 交变电流 第06节 变压器教案1 粤教版选修3-2

年级：
姓名：

- 6 -

变压器
教材分析
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。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.
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用多种方式向学生进行介绍，或看照片、实物或参观，以开阔学生眼界，增加实际知识.

学生分析
学生已经学习了电路和电磁感应定律的相关知识，能运用电磁感应定律进行理论推导证明变压器电压比与匝数比的关系。但有少数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）.

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。
（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．培养学生实事求是的科学态度。
教学重点、难点
重点
探究变压比和匝数比的关系。推导变压器原副线圈电流与匝数关系。
难点
变压器的原理
教学方法
实验探究法、阅读法、讲解法。
实验器材
学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡
教学活动
（一）引入新课
在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。
（二）进行新课
1．变压器的原理
讨论与交流：

按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
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。
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。
画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：

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。
变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过演示实验来探究。
目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干
实验步骤：
（1）按图示电路连接电路

（2）原线圈接低压交流电源2V，原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=2n1，n2=4n1，n2=8n1用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。
实验次数
原线圈匝数n1
副线圈匝数n2[来源:学科网]
匝数比
原线圈输入电压U1
副线圈输出电压U2
变压比
1
100
200

2.2V
4.4V

2
100
800

2.2V
18V

3
100
1400

2.2V
32V

结论

（3）总结实验现象，得出结论。
注意事项：
考虑到学生电源输出的实际电压与标称值不相等，原线圈的输入电压U1需要用电表进行测量。
2．电压与匝数的关系
电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作时存在能量损失。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。
理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？
因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入
3． 电压与匝数的关系
若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？
据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1
则：
上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。
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。
升压变压器，I2<I1，降压变压器，I2>I1。
在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？
因为升压变压器，I2<I1，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。降压变压器，I2>I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。
本节课主要学习了以下内容：
1．变压器主要由铁芯和线圈组成。
2．变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。
3．理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有
P输出=P输入
实例探究
理想变压器基本规律
【例1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等 （ B ）
A．交流的频率 B．电流的有效值
C．电功率 D．磁通量变化率
理想变压器的综合应用
【例2】如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则 （ C ）
A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大
B．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小
C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大
D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大

作业：课本59页第2题，第5题