高中物理人教版 选修3-2 第五章 第4节 变压器 教学设计

课题：变压器
教学设计思想：
选修系列3让学生较全面地学习物理学的基本内容，进一步了解物理学的思想和方法，较为深入地认识物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响。
在选修3—2中电磁感应是非常重要的内容。其理论意义十分重大。而交变电流作为电磁感应的实际应用，正体现了物理学对经济、社会发展的重要影响。
交变电流是生产生活中最常用到的电流，变压器是交流电路中非常重要的组成部分。所以变压器是交变电流一章中非常重要的一节，通过本节内容可以使学生了解变压器的构造、工作原理，联系实际生产生活。还可以通过变压器不能提高功率，深化能量守恒的思想。进而培养学生的科学精神。
所以在本节的教学设计中，以与学生生活联系紧密的情景引入，逐步引导学生发现问题解决问题。了解变压器的原理，之后通过实验，得到电压与匝数的关系，并讨论能量的关系。教学过程中注意在教授基础知识的同时，培养学生的学习愿望，努力让学生经历探究的过程，培养用实验解决物理问题的思想和方法。同时也注意渗透前后知识之间的联系。特别是能量守恒的思想渗透在各个章节，在本节中也不例外。努力在每一个教学实践活动之中把提高学生的科学素养的目标落到实处。
教学目的：
知识与技能目标：
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。
过程与方法目标：
1、在探究变压比和匝数比的关系中培养学生用实验解决物理问题的思想和方法。
2、在探究过程中培养学生建立理想化模型分析问题、解决问题的能力。
3、通过让学生表述自己的观点，培养学生用正确的物理语言表达的能力。
情感、态度、价值观目标：
1、通过实际问题，让学生感受到物理学是和生活息息相关的。
2、通过探究过程激发兴趣，培养学生实事求是的科学态度，
3、通过对变压器原理的分析，使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。
教学重点和难点：
重点：1、变压器的原理。
2、探究电压与匝数的关系。
难点：探究电压与匝数的关系。
教学手段：实验探究、讲解、讨论
实验仪器及必要准备：学生电源、可拆变压器、数字多用电表、灯泡、软导线
教学过程：
教学过程
教学内容
学生活动
设计目的
复习：引入：新课：巩固练习：总结：布置作业：
提问：交变电流的特点，瞬时值、有效值、最大值的表达式和关系。因为最大值Em=BSω和磁场、线圈的性质、转速有关，不能随意改变，但生活中需要不同的电压。举例：1）录音机可以用4节干电池（电压只有6V）也可以直接接220V的交流电源。2）手机充电器，接在220V的电源上而电池的充电限制电压是4.2V（以本人手机为例）3）电视机里的显象管需要很高的电压有一两万伏，远超过220V。也使用220V的电源。此时就需要使用一种设备，改变电压，就是变压器。展示图片：电线杆上的变压器，路边的变压器，小型变压器（收音机中的等）这些就是我们今天要研究的主角——变压器第四节
变压器帮助学生提出各种疑问：（如：电压不是由电源决定的么？发电机的电动势的最大值是Em=BSω，怎么就用这样一个设备就把电压改变了呢？用变压器要是可以随便提升电压，是不是有一节干电池就可以得到任意的电压了呢？世界上真的有免费的午餐么？）以下就一一解决这些问题：请读书P39，并猜想结论。实验：连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。提问：两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？能不能用学过的知识解释这个实验现象？（如：电磁感应）一、变压器的原理1、结构：说明：铁心有各种形状，也有的变压器可以没有铁心。电路符号：2、原理：因为是交变电流（以正弦交流电为例），输入电压U1的瞬时值是按正弦规律变化的。时间u1i1n2中的ΦΦ感0～T/4增加增加增加反向磁通T/4～T/2减少减少减少同向磁通T/2～3T
/4反向增加反向增加反向增加反向磁通3T
/4～T反向减少反向减少反向减少同向磁通同时n1中的磁通量也在变化，也有感应电动势。若副线圈是闭合回路，感应电流也是交变电流，又要在原副线圈中有感应，这种相互感应叫互感。小结：变压器改变电压是利用了电磁感应的原理。利用电磁感应的原理能不能进一步说明变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？（1、如果学生能够解释，要求设计实验验证，2、如果不能解释，提出可以利用实验的方法探究其关系）实验：1）利用可拆变压器的原线圈接12V低压交流电源，另一侧用软导线接小灯炮，在铁心上绕一圈、两圈……观察小灯泡的亮度变化。总结：匝数越多，灯泡越亮。解释：电源的串联2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=n1/2，n1，2
n1，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。3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=n2/2，n2，2
n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记录数据。提问：根据实验数据总结结论，语言准确，尽量使用数学表述。4）总结实验现象，得出结论：电压与匝数成正比提问：为什么会是这样呢？还要从互感（电磁感应）出发。进行推导。指导利用理论推导：根据互感：，(在没有漏磁的条件下)同理：（常用公式）二、电压与匝数的关系：
1、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入变压器只能改变电压，不能改变功率。所以能量还是守恒的，在提升电压的条件下，必然会损失一些东西。是什么呢？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的关系可以根据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1则：电压高了电流就小了。没有免费的午餐。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。
2、升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。升压变压器，I2I1。提问：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？解释：因为升压变压器，I2I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。提问：既然，若变压比是1：2，原线圈用1匝，副线圈用2匝是不是可以呢？作为思考题，可以利用各种学习手段查找资料，看看有没有这样的变压器。1、一交流电瞬时值表达式为V，若使次级得到有效值为36V的电压，初、次级线圈的匝数之比为多少。（55∶9）2、已知n1∶n2=1∶10，原线圈输入电压为
V，求次级线圈的输出电压的最大值。（）3、理想变压器原线圈电流为I1、副线圈电流为I2，副线圈上接了可变电阻R，若可变电阻R的值减小，则原线圈中的电流如何变化？（变大）若R出断路，则输入功率多大？（为零）4、理想变压器n1∶n2=10∶3，副线圈接的负载电阻为10Ω，消耗的功率为3.6w，则原线圈电压为多少？电流为多少？（20V，0.18A）本节课主要学习了以下内容：1、变压器的结构主要由铁芯和线圈组成。（重现变压器的结构图）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
1、读书：P42—43
科学漫步
2、习题：书P43
1——53、观察街道上的变压器。4、查找资料，解决问题。
回忆，回答。听，通过实例产生疑问，或直接说出答案（利用变压器）观看图片学生参与质疑：（以上问题尽量由学生提出，或引导学生提出）
读书，思考，努力正确的表述自己的观点。观察实验现象，思考原理。思考，努力表述自己的观点。画图、记忆画图、记忆思考回忆思考，填表格尝试理论解释。努力设计实验。观察观察，记录学生表述推导理解能量守恒思考，提出自己的观点。作为作业练习总结归纳
巩固旧知识，作为引出变压器的前导引出变压器，通过实例让学生对变压器产生兴趣通过展示生活中常见的变压器，拉近物理与生活的关系，让学生感到亲切。进一步激发学生的的兴趣，使学生产生探究变压器原理的冲动。培养阅读能力，思考问题的能力和语言表达能力加深实验是解决物理问题的重要方法的思想。培养学生运用已有知识解决问题的能力和语言表达能力使学生掌握基础知识。巩固旧知识帮助理解变压器原理。巩固电磁感应知识。培养理论推导的能力，并强调实验是解决问题的重要方法。利用定性的实验，产生感性认识。培养观察能力利用定性实验解决问题。培养归纳总结的能力和语言表述能力，数学能力。让学生知道在实验成功的基础上还要寻找理论基础。贯穿能量守恒的思想培养联系实际，解决问题的能力。留下悬念，培养学生深入思考的习惯和自主学习的能力。巩固基础知识培养良好的学习习惯
板书设计：
～
U2
～
U1
n1
n2
铁心（相互绝缘硅钢片叠合而成的）：磁感线束缚在铁心中
原线圈：初级线圈（接电源）
副线圈：次级线圈（接负载）
～
U2
～
U1
n2
n1
～
U2
～
U1
n1
n2
t
u
T/4
T
UmM
-UmM
T/2
T3/4
～
U1
n1
n2
R
第四节
变压器
一、变压器的原理
二、电压与匝数的关系：
1、结构：
1、
电路符号
理想变压器没有能量损失：P出=P入
2、原理
变压器改变电压是利用了电磁感应的原理。2、升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。
升压变压器，I2I1。