《变压器为什么能改变电压》教学设计.doc

(完整版)变压器为什么能改变电压教学设计3.2变压器为什么能改变电压教学设计一、【教材依据】变压器为什么能改变电压选自沪科版普通高中课程标准实验教课书物理选修32第三章“电能的输送与变压器”的第二节变压器为什么能改变电压.二、【设计思路】1、指导思想：沪科版教材将本节课设立为科学探究课，依据新课标对学生科学探究能力和实验能力的要求，教师立足于实验这块主阵地,不断为学生创设情境，适时引导，采用实验探究和理论推理相结合的方法开展教学。充分体现以教师为主导，学生为主体的教学原则，让学生亲身体验物理理论产生的全过程，感悟科学探究的神奇魅力,培养学生热爱科学、尊重科学、实事求是的科学态度和科学精神。2、设计理念：本教学设计采用“以实验为中心,教师引导，自主探究，双向互动”的教学模式.整个教学过程始终以实验为基础，通过问题引导，学生以科学探究的方式进行学习，充分调动了学生的主观能动性，拓展了学生的思维。该教学模式注重规律形成过程和实验探究的过程，强调科学探究的方法,重视学生的团队合作意识的培养，学生能从亲身经历实验探究的过程中体会探索自然规律的艰辛与喜悦,逐步形成科学态度与科学精神.3、教材分析:“电能的输送与变压器一章以电能的输送为背景，第一节“高压输电原理”帮助学生认识了远距离输电采用高压的原因，由于电能在输送过程中需要升降电压，而升降电压装置的核心设备就是变压器，所以第二节水到渠成要学习变压器。为了激发学生的学习兴趣，鼓励学生探究，一开始从学生的原有认知基础电磁继电器出发，通过类比分析和实验探究，引导学生一步一步围绕变压器的结构、工作原理及规律展开，让学生自己进行讨论、分析，培养学生的科学探究能力。本节内容一方面是电磁感应教学的进一步延伸，另一方面，又是电磁感应、交变电流和电路的连接点,对培养学生的综合能力至关重要。学习变压器能够从能的转化和传递的角度进一步强化对电磁感应现象的认识，为进一步理解和应用远距离输电原理解决生活实际问题奠定基础。4、学情分析：学生通过前两章电磁感应与现代生活和交变电流与发电机整章的学习,已经对对交流电的特点、电磁感应产生的条件以及涡旋电流有了基本的掌握，学生已经基本具备了学习本节内容的必备知识储备。本节内容设想让学生进一步体会物理学的研究方法，我采用了实验探究与理论分析相结合的方法。学生通过四年的物理学习对科学探究的方法过程已经很熟练，对于理论探究理想变压器的规律受制于学生对“理想变压器”的理解程度,可能是本节课的难点，教学中需适时点拨引导，以便学生能自己顺利完成推导，课堂氛围升华，激发学生科学探究的热情.5、教学方法分析物理学中为了研究的方便,往往突出主要因素,忽略次要因素构建物理模型一般都很抽象，为使学生更好地理解变压器的工作原理，从生活实际中形形色色的变压器到“理想变压器模型的构建顺利自然，教师应在关键的步骤上应做出恰当的引导；同时根据教材安排通过实验探索变压器的工作规律的教学目标要求，我将本节课的教学方法确定为引导探索法和实验探究法.6、课程标准解读课程标准对本节课的要求为：通过实验探究变压器的电压与匝数的关系. “探究”就是要让学经历从“观察与思考提出问题-猜想与假设-制定实验计划进行实验-收集证据-合作与交流的过程，通过科学探究得出理想变压器的电压与匝数的关系。学生应用科学探究的方法研究物理问题和物理规律渗透了“过程和方法”的培养，合作探究和评估与交流过程又渗透着“知识与技能及情感态度与价值观”目标的达成。 三、【教学目标】知识与技能： （1)知道变压器的基本构造及几种常见的变压器。（2)理解变压器的工作原理. (3）理解理想变压器的电压、电流与匝数的关系. 过程与方法：(1)进一步掌握科学探究的一般思路(2）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.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）通过实验探究，感悟科学探究的艰辛和喜悦，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度.(3)激发学生的求知欲和创新精神，培养与他人合作的团队精神.激发探究物理规律的兴趣教学媒体运用运用多媒体课件帮助教师创设物理情境，使用实物投影仪加强学生间的评估与交流，帮助学生澄清学习过程中的凝点.四、【教学重点及其教学策略】重点：理想变压器工作原理 策略：利用实验一和实验二为学生创设情境,让学生先猜想给变压器原线圈接直流电和交流电时的两种实验现象,然后通过学生亲自动手实际操作、观察实验现象、对比分析两种截然不同的现象，引发学生交流讨论产生这种现象的可能原因，最后引导学生利用法拉第电磁感应定律解释变压器的工作原理。结合同时在探究活动中让学生展开充分的讨论交流,体会实验探究的合理性，严谨性和必要性，在实验探究的基础上引导学生借助图像法对实验结果进行深入细致的分析和思考。五、【教学难点及其教学策略】：难点：理想变压器和理论推导其原副线圈的电压、电流与匝数的关系。策略：变压器原副线圈的电压、电流与匝数之间的关系确立，是本节课的难点。我采用实验探究与理论分析相结合的方法突破难点.先是利用实验四、五、六引导学生认识变压器副线圈的输出电压与原线圈上的电压、原副线圈的的匝数等因素有关.由于该问题的探究涉及多个变量,探究方案的设计难度相对较大，接着我通过让学生类比以前研究欧姆定律、牛顿第二定律、电阻定律等物理规律时使用的方法，使学生自然而然想到本节课探究方法为控制变量法。接着让学生分组制定实验方案、进行性实验，并通过对实验数据的分析处理得出规律。由于可拆变压器工作时，漏磁铜损、铁损较大，效率不高，实验误差较大，可能部分学生不能信服.我又利用实验七和实验八帮助学生认识实际变压器存在的主要损耗来源和实际生活中相应的减少措施，建立理想变压器模型.最后引导学生利用法拉第电磁感应定律推出原副线圈电压与匝数之间的关系,又由于理想变压器无能量损失，输出输入功率相等，进而推出原副线圈电流与匝数之间的关系，突破难点，使学生知识得以升华。六、【教学准备】学生电源、可拆变压器、多用电表(交流电压档)、螺丝刀 （以上各15套）、事先收集的电源适配器若干、小灯泡和导线若干、电磁继电器、多媒体课件、实物投影仪、七、【教学过程】一、创设情境，导入新课教 师 活 动学 生 活 动设 计 意 图利用大屏幕投影电磁继电器的工作原理图： 问题1：同学们你们认识这个电路图吗？控制电路和工作电路是不是在同一个回路？这种电路的主要优点是什么？问题2：电磁继电器的主要优点是可以用低电压（弱电流）来控制高电压（强电流）,那么在我们生活中有没有一种可以用低电压来获得高电压（高电压来获得低电压）的装置呢?引入:这个装置能起到改变电压的作用,这就是我们这节课研究的问题-变压器。观察思考 学生回答学生讨论回答利用学生曾经学习过的电磁继电器导入新课，想让学生在原有的认知基础上通过类比和迁移，发现新知，激发学生学习的热情，培养学生学习的兴趣！二、授新课（一）、变压器的构造媒体展示电源变压器、控制变压器、环形变压器、接触调压器、三相干式变压器等多种常见的变压器。过渡:这些各式各样的变压器尽管形态各异，但基本结构相同,他们的共同之处是什么呢？1、指导各小组学生拆分事先搜集的废弃的不同种类的电子产品的电源适配器及可拆变压器。2、观察你们拆分的电源适配器和可拆变压器都有哪些相似之处？指导学生阅读教材68页总结变压器结构。要求学生在草稿纸上画出变压器的结构、示意图。并邀请同组两名上黑板展示！过渡：变压器什么电压都可以改变吗？(二)、变压器的工作原理1、变压器的工作原理创设情境：将可拆式变压器的原线圈与学生电源相连,副线圈和小灯泡相连。问题1：两种情况下灯泡都能光吗？（鼓励学生大胆说出自己的猜想及原因)实验一：将原线圈电压接直流“2V档，观察小灯泡的发光情况.问题2：为什么小灯泡不发光？（诱导学生寻找小灯泡不放光的可能原因-原副线圈和小灯泡没构成一回路）实验二：将原线圈电压接交流“2V”档，观察小灯泡的发光情况.问题3:这次原副线圈和小灯泡也没构成回路，小灯泡怎么却发光了？问题4：变压器的工作原理是什么？总结工作原理：互感现象问题5：变压器工作时电能是不是通过铁芯直接传输过去的？如何证明你的猜想？过渡：铁芯不带电,那么电能由原线圈传输到副线圈的过程中铁芯的作用是什么呢？2、变压器工作时的能量转化 实验三：将原线圈电压接交流档，分别用不闭合的铁芯和闭合的纸芯做实验,让学生观察实验结果,谈自己的感受。问题6：造成这种情况的原因是什么呢？问题7:你能从能量转化角度谈谈你对变压器的认识吗？教师引导学生总结并板书:原线圈-铁芯-副线圈(电能）(磁场能)(电能)观看课件，认识生活中一些常见的变压器学生以小组为单位动手拆分，并寻找他们的相似之处.学生阅读教材并结合刚才的实验以及自己的观察，总结变压器的结构、示意图、电路符号。学生各抒己见，教师不做评判,求同存异.学生按照老师的要求连接电路,进行实验观察。学生先组内交流讨论，然后各小组派代表发表意见。学生按照老师的要求连接电路，进行实验观察。学生组内展开讨论,寻找原因。学生在老师的引导利用法拉第电磁感应原理分析总结变压器的变压原理:电磁感应互感现象。学生经过讨论之后用多用电表的交流电压档去测铁芯上任意两点的电压、用手触摸铁芯感受是否有触电感觉。学生观察、思考、讨论并得出：原线圈通电后产生磁场，铁芯被磁化,磁感线经过铁芯构成闭合的磁路并穿过副线圈，在副线圈中产生感应电流。铁芯被磁化后起着传递能量的桥梁作用.变压器就是（把原线圈中的）电能(先转化为铁芯中的）磁场能最后(又转化副线圈中的）电能的装置。理论联系生活，开拓学生视野。让学生获得亲身感受，激发学生热爱科学探究的热情和兴趣。培养学生的自主学习与概括表达能力。培养学生带着问题去研究的科学素养。实验过程中在教师的的“误导，下使学生从两个试验的对比中发现问题,从而为变压器原理的顺利得出埋下伏笔.利用两个貌似相同的演示实验,让学生通过对比异同,在学生的原有知识的基础上，引导学生发现变压器的工作原理，培养学生良好的科学素养，与此同时增强学生学以致用的成就感！让学生体会闭合铁芯的作用是在原副线圈之间起桥梁的作用，传递能量,同时也进一步深刻理解变压器的工作原理。(三)、变压器的变压规律：学生按照要求连接电路并进行实验。学生观察到两小灯泡的亮度不同推断原副线圈两端的电压不同。学生根据线圈匝数变化小灯泡亮度跟着变化推断副线圈上的电压与线圈匝数有关。 学生观察到原线圈上的电压变化小灯泡亮度跟着变化，这说明副线圈上的电压与原线圈上的电压有关.学生思考总结得出:副线圈的输出电压和原、副线圈的匝数及原线圈两端的电压有关同样的灯泡学生观察到亮度不同,让学生可以切身感受到变压器确实能改变电压.利用三组实验让学生形象直观的看到变压器副线圈电压大小与原线圈电压以及原副线圈匝数有关，为下一步实验方案的确立奠定基础。想与假设实验四：在原副线圈两端各并联一个完全相同的小灯泡，接通电源观察两个小灯泡的亮度。问题1:两个小灯泡的亮度相同吗?这说明了什么？实验五： 保持原线圈上的电压不变，改变原副线圈的匝数，观察副线圈上小灯泡的亮度变化。问题2:副线圈上的小灯泡的亮度随线圈匝数的不同变不变?这又说明了什么?实验六:保持原副线圈的匝数不变,改变原线圈上的电压，观察副线圈上小灯泡的亮度变化.问题3：副线圈上的小灯泡的亮度随原线圈上电压的不同变不变？这又说明了什么？问题4:通过以上两个实验的研究，你有什么新的发现？制定计划与设计实验问题5：我们以前在研究什么问题时遇到过类似的问题：某一物理量受多各因素影响的情况？这种实验方法叫什么?问题6：你如何去证明自己的推断？问题7：要想证明你的推断必须先解决好以下几个问题： 实验需要哪些器材？ 研究的电路图呢? 实验方案呢？请各小组同学根据老师提出的问题分组讨论，制定实验方案。学生思考回答:研究欧姆定律、牛顿第二定律、电阻定律等物理规律时都用到过，这种方法叫控制变量法，实验是检验真理的唯一方法。各小组同学通过小组讨论交流之后制定实验方案。实验方案： 如图把可拆式变压器的一个线圈作为原线圈,连接到学生电源的交流输出端，另一个线圈作为副线圈，可不接负载; 闭合电源开关,控制U1、n2不变，改变n1 ，用多用电表的交流电压挡分别测量两个线圈两端的电压，测量完毕断开学生电源的开关并将实验数据记录表格;闭合电源开关，控制U1、n1不变,改变n2 ,用多用电表的交流电压挡分别测量两个线圈两端的电压,测量完毕断开学生电源的开关并将实验数据记录表格；闭合电源开关，控制n1、n2不变，改变U1 ，用多用电表的交流电压挡分别测量两个线圈两端的电压,测量完毕断开学生电源的开关并将实验数据记录表格；分析实验数据，得出实验结论。实验数据记录表格让学生亲自动手做实验，提高了学生的科学探究意识和动手操作能力，在实验中感受合作的快乐，在实验后体会成功的喜悦，增强了学习物理的兴趣，活跃了课堂气氛。进行实验和收集证据学生设计好方案之后各小组间相互交流，确定最终的实验方案进行实验。进行实验前，给学生提出几点要求：（1）连接好电路后,同组同学分别独立检查,然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。（2)注意人身安全。只能用低压交流电源,电源电压不能超过12V（3)使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试,然后再用适当的挡位进行测量。总结实验规律学生进行实验，并根据实验数据总结实验结论。在实验误差允许的范围内，变压器原副线圈两端电压比等于两个线圈的匝数比：1212培养学生处理实验数据,分析问题、总结实验规律、解决问题的能力(四)、理想变压器1、变压器工作时的能量损失实验七:将去掉铁芯横条的可拆变压器的原线圈与学生电源相连，副线圈和小灯泡相连。观察加装铁芯横条前后小灯泡亮度的变化。（加装铁芯横条后让变压器持续工作）过渡:为什么铁芯闭合后小灯泡变会亮？回答这个问题之前我们先回忆一个生活场景：我们在洗澡时看见细流从花洒是向四面八方流出来的，有什么简单易行的方法可以使细流形成一股水流？所用工具的作用是什么？问题1：如果把磁感线类比于水流，那么闭合铁芯的起什么作用?能绝对避免吗?小结:有漏磁现象。实验八：将上实验中电源断开,让学生触摸变压器的铁芯和线圈.问题2：变压器的线圈和铁芯和工作前有什么不同？这又说明了什么？教师引导学生分析热量的产生来源。小结：有铜损（线圈上有能量损失)有铁损（铁芯上有能量损失)过渡:为了便于研究，物理学中引入了一种没有能量损失的理想化模型-理想变压器。问题3：结合刚才我们的研究，理想变压器应该具备怎样的特点？2、理想变压器的特点小结：无能量损失 即：无漏磁、无铜损 、无铁损事实上，由于在工艺技术和材料上采取了诸多有效措施 .实际变压器的工作效率都是比较高的，尤其是电力设备中的巨型变压器，在满负荷工作时效率可以达到9799 ，因此中学阶段我们把它当成理想变压器是完全可以的。 （3）理想变压器的规律请同学们自己尝试利用法拉第电磁感应定律推导理想变压器原副线圈间电压、电流的规律。教师引导学生进行理论推导。学生按照老师的要求连接电路，实验并观察加横条前后小灯泡亮度变化.学生踊跃发言：最简单易行的方法是在花洒上包一条毛巾或者加一条皮管子,起到约束水流不使其四溢飞溅的作用。闭合铁芯起到约束磁感线作用，使磁感线形成闭合的磁路，使四溢的磁感线大大减少,从而减少传输过程中的能量损失.用手触摸变压器的线圈和铁芯温度较高。由于电流流经线圈电阻，产生焦耳热；同时由于铁芯中磁场的高频变化在铁芯中产生涡流.学生自己总结归纳：无磁通量漏失原、副线圈无热能损失铁芯无涡流现象理论推导：因无漏磁:通过原、副线圈的磁通量及其变化率都相等,即12,12原、副线圈产生的感应电动势分别为:E11（1），E22(2）因无铜损：原副线圈两端电压与电动势相等即：1E1，2E2由于理想变压器无能量损失,故变压器输出电功率必然等于输入电功率:P出=P入即:U2I2=U1I1，由此可得出原副线圈中电流与匝数的关系I1:I2=n2:n1让学生亲身感受到闭合铁芯在提高变压器工作效率上的重要作用，从而为提出理想变压器打下基础,也激发了学生的探究欲望通过熟悉的生活情景将抽象的物理情景简单化形象化，让学生便于容易的理解和接受学生通过亲身感受并结合以前学过的电热和涡流知识，自然想到变压器在传输电能过程中有能量损失从生活实例到理想化模型的建立过程，让学生体会这种抓住主要因素、忽略和排除次要因素的科学方法。在经历实验探究的基础上，再进行理论推导，达到了理论与实践的统一，使学生的知识得以升华。三、学以致用案例分析：一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在电压220V的交流电源上.设它对11盏并联的36V、60W灯泡供电并使这些灯泡正常发光，则：（1）该变压器副线圈的匝数和原线圈的电流是多少？（2）若关闭5盏灯，原线圈中的电流是多少?学生自主完成后可请学生代表上黑板展示自己的解题过程巩固所学知识，体验学习的成就感。不同的学生可能有不同的解题思路，一题多解,对知识的应用灵活多样。四、评价与交流通过这节课学习，你都掌握了哪些知识?学习中用到了哪些思想方法？让学生经讨论体验收获和感悟，学生之间相互评价。使学生从中获得感悟，掌握知识、技能，学会探究的方法，养成严谨的好习惯,提高实验操作技能，同时培养学生概括知识的能力。五、板书设计第二节 变压器为什么能改变电压 一、变压器的构造 四、理想变压器的规律的理论推导：二、原理: 1、功率关系：P入=P出电磁感应-互感现象 2、电压关系:U1：U2=n1:n2 3、电流关系：I1:I2=n2:n1三、理想变压器的特点： 无能量损失 即:无漏磁、无铜损 、无铁损八、教学反思 这节课成功之处在于能紧紧围绕“变压器的结构、“变压器的工作原理”、“变压器的工作规律”这几个问题来展开教学，教学目标明确，重难点突出，教学结构安排合理、紧凑。采用集体教学、个别提问、小组讨论、分组实验并结合多媒体演示等多样化的教学手段，提高了学生的学习兴趣和课堂效率,丰富了课堂内容，活跃了课堂气氛。教学以问题为线索，过渡自然，层层深入，能牢牢抓住学生，吸引学生,最大程度的激发学生对物理学习的兴趣。以探究为手段，让学生亲自动手设计和完成实验,并进行实验数据的处理和规律的总结，培养学生的实验探究能力、动手操作能力、相互合作能力等，学生的参与度高.本教学设计有两大亮点:一是在展开“变压器铁芯的作用”的教学时，我通过生活中熟悉的花洒打比方，让抽象的物理情景变得简单让学生容易接受，从而也很好的突破了本节课的难点；二是在“探究变压器电压与匝数的关系”时，采用了先试验探究后理论推导的方式,使理论与实践达到了完美的统一，也让加深了学生对物理规律的理解,增加了对实验的可信度。本节课也有很多不足的之处：用新课改的教学模式和素质教育的要求来衡量这节课，感觉还是教师讲授、引导的有点多，学生自己的猜想、探究、讨论还应该再增加一些，要放开手脚,相信学生,老师在课堂教学中只起到引导和点拨的作用；在“探究变压器的电学量之间关系”的时候，应该多给学生一些时间，让学生自己先猜想,和什么有关系，再让学生动手做实验验证自己的猜想，找到影响的因素以后，再让学生想办法通过实验找到几个量之间的关系。而我在此环节的处理上引导太多，在一定程度上限制了学生的思维空间，也许会错失学生发现新现象新问题的机会；再比如让学采用自己绕制线圈进行实验探究，让学生观察随着线圈匝数的变化变压表如何变化，学生会很直观的得出电压表变化的规律，而且还会发现线圈的正向反向放入，电压表的示数不一样，学生自然而然会去思考产生这种现象的原因。这样以来，学生不仅对实验的现象印象深刻,而且会让学生发现课本中没有提到的实验现象，既拓宽了知识面和思维空间，又有助于知识的综合应用能力的提高.18