4.2 变压器 教案 (4)

4.2
变压器
教案
教法分析
变压器是交流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．学习变压器可以使学生了解电磁感应现象的广泛应用，开拓学生视野，提高学习物理的能力和兴趣，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，并为学习远距离输电奠定基础．
本节教学的重点是理想变压器的变压规律和变流规律．与乙种本配套的现行初中教材，已将“变压器”删去，教师应该根据学生情况和教材要求把握好教学的起点、要点、要求和方法．
教材要求学生定性了解变压器原理，介绍变压器构造时让学生知道原、副线圈间并无电路相通这一事实，进而让学生明确副线圈两端产生交变电压，是原、副线圈间通过闭合铁心发生互感的结果．教学中对原、副线圈间的互感过程不必作过于详尽的讨论，可作为课外讨论题布置给学生．
教材要求由实验得出理想变压器的变压规律，做好实验是本节教学的关键．为了培养学生根据实验研究物理规律的能力，建议实验分两步进行．第一步，在法拉第电磁感应定律的指导下，定性了解副线圈两端的电压与副线圈匝数有关系，从而确定第二步的研究方向：变压器的输入、输出电压及原、副线圈匝数的关系．第二步，介绍线圈和它的匝数，演示输入电压变化时输出电压（在空载条件下进行测量）变化的规律．实验数据应分布在黑板上，给学生提供分析和处理实验数据的条件，从而得到理想变压器的变压公式．
可拆变压器工作时，由于漏磁铜损、铁损较大，效率不高（低于60％），不能视为理想变压器．为了不影响演示效果，在设计可拆变压器时，已适当增加副线圈匝数作为补偿．
教材从变压器工作时能量损耗忽略不计这一理想条件出发，通过理论推导得出变压器的交流规律，因而掌握理想变压器的输出功率与输入功率的关系成为教学的关键问题．用演示实验验证功率相等关系和电流比公式是有困难的，因为在实验条件下，传输功率小，变压器的效率低．但是做定性实验说明原线圈中的电流随副线圈电流的增大而增大、输入功率随输出功率增大而增大，对学生掌握理想变压器的规律是有好处的．实验可以避开I2=0，I1≠0的情况，也可以从I1很小这一事实出发，说明实际变压器效率一般是比较高的．
学习几种常用的变压器，不仅增加了生产知识，还可提高学生分析、应用能力．教学过程可采用讨论法，充分利用实物（或实物图）和结构示意图，适当介绍一些生产知识．
教学目的
1．了解变压器的工作原理，掌握理想变压器的变压比公式和交流比公式．
2．培养学生实验研究物理规律的能力，培养学生有目的、分层次观察的习惯；培养学生分析、综合和应用的能力．
教学过程
一、复习提问
简述法拉第电磁感应定律的内容，写出其数学表达式．
要求回答：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的
二、引入课题
能够改变交流电压的设备叫变压器．
板书：
变压器
变压器的广泛应用：读课本第114页变压器的引言．
板书：（一）变压器构造
教师在黑板上画单相变压器示意图及其在电路图中的符号（见图1），要求学生搞清图中所用字母和符号的意义．
板书：闭合铁心
原线圈（初级线圈，一次线圈）n1匝
副线圈（次级线圈，二次线圈）n2匝
U1：输入电压
U2：输出电压
说明：使用闭合铁心，使原线圈产生的交变磁场几乎全部集中在铁心中，因而变压器工作时能量损失很小．特别是大型变压器，能量传输效率可达97～99.5％，为了研究问题的方便，人们常常不考虑其损失，这种变压器叫做理想变压器．
提问：变压器的副线圈与原线圈电路不通，试问副线圈两端的交变电压是怎样产生的？讨论并把讨论结果归纳为以下内容（板书）．
（二）工作原理
电磁感应原理
电能→磁场能→电能
转入定量研究．
（三）理想变压器的变压规律（板书）
实验电路和记录表格见图2，记录表预先画在小黑板上．
说明：可用J2423型可拆变压器，匝数作为已知数，输入电压可在0—25V之间调节．副线圈一边接交流电压表，不要加其它负载．
分析实验数据时，在表格后面加“n1/n2”和“U1/U2”两项，得到变压比公式：
并联系法拉第电磁感应定律体会之．
由（1）知：升压变压器n2＞n1；降压变压器n2＜n1；n2=n1叫隔离变压器，有其特殊用途．总之，高压线圈的圈数比低压线圈的圈数多．
提问：让学生观察一实际变压器，要求不作任何测量，找出区分高压线圈和低压线圈的方法．
讨论：数线圈的圈数不可行．启发学生认识：理想变压器工作不损失能量，即传输功率是不变的，则：
P1=P2
(2)
变压器在变压的同时，电流强度一定发生改变，故制造变压器时，通过电流较少的线圈就可以用较细的导线缠绕．
（四）理想变压器的变流规律（理论推导）
变压器工作时，原、副线圈中的电流强度与匝数成反比，因而用细导线绕的是高压线圈．
板书：（五）几种常用的变压器
1．自耦变压器．看课本图18-15，启发学生画出图18-14相应的电路图（见图3）．
提问：自耦变压器能否作升压变压器使用？（回答：能．取线圈的一部分作为原线圈即可．）
2．互感器．利用变压器可以把高电压变为低电压、大电流变为小电流进行测量，既能保证测量人员的安全，同时解决了电表量程较小的矛盾．
看课本图18-16和18-17，讨论电路的工作原理；介绍电压互感器的变压比和电流互感器的变流比的含义，明确电压比和电流比是由匝数比所决定的；提出“电路中副线圈及外壳为什么要接地”进行讨论．展示实物，观察铭牌．
三、小结
1．变压器的结构、原理及变压器工作时的能转化情况．
2．理想变压器的变压规律．
3．理想变压器的功率传输规律及由此规律得出的变流规律．
四、布置作业
阅读课文，完成练习三（1）—（5）．
讨论题：当图4所示变压器原线圈中通过的电流方向如图中I1所示，且I1在增大，判断此时A′与B′，哪端电势较高？