物理：《变压器》教案（1）（鲁科版选修3-2）

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第二节 变压器
三维教学目标
1、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。
2、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。
3、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：探究变压比和匝数比的关系。
教学难点：探究变压比和匝数比的关系。
教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。
教学手段：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡。
教学过程：
（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
思考与讨论：
按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
问题1：两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？
答：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。
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。
问题2：变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。
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6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=n1，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，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，记入表格。
U1＝6V
实验次数 1 2 3 4[来源:21世纪教育网] 5 6
原线圈匝数n1 n1 n1 n1 n2 n2 n2
副线圈匝数n2 n1 n1 2 n1 n2 n2 2 n2
副线圈输出电压U2
结论
（4）总结实验现象，得出结论。
注意事项：
（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。[来源:21世纪教育网]
（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。21世纪教育网
答：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。
问题3：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？
答：因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入
问题4：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，I2I1。
问题5：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？
答：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。
2、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 （ ）
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 （ ）
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[来源:21世纪教育网]
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
例3、如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1∶n2∶n3。
5、巩固练习
1、理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6 V的电池上，则副线圈两端电压 （ ）
A.36 V B.6 V C.1 V D.0 V
2、当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（ ）
A.负载电阻为0 B.输出电流为0
C.两端电压为0 D.输出功率为0
3、理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（ ）
A.I2由I1决定 B.U2与负载有关
C.P1由P2决定 D.U1由U2决定
4、一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍（ ）
A.次级线圈的匝数增加为原来的2倍
B.初级线圈的匝数增加为原来的2倍
C.负载电阻变为原来的2倍
D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍
5、用理想变压器给负载R供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流（ ）
A.增加原线圈的匝数 B.增加副线圈的匝数
C.减小负载电阻R的数值 D.增加负载电阻R的数值
6、在图所示的电路中，理想变压器的变压比为2∶1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么 （ ）
A.L1和L2都能正常工作
B.L1和L2都不能正常工作
C.L1和L2中只有一个能正常工作
D.条件不足，无法判断
7、如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1∶n2=2∶1，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少
8、如图中所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比 n1∶n2=2∶1，交流电源电压U1=220 V，F为熔断电流为I0=1。0 A的保险丝，负载为一可变电阻。
（1）当电阻R=100 Ω时，保险丝能否被熔断？
（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少 变压器输出的电功率不能超过多少？
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