高中物理人教版选修3-2教案　5．4《变压器》

变压器
教学目标
1. 知识与技能
(1)知道变压器的构造及几种常见的变压器．
(2)理解变压器的工作原理及理想变压器的特点．
(3)掌握理想变压器的电压、电流、功率等规律．
2. 过程与方法
(1)通过实验，探究理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系．
(2)通过探究变压器规律的实验，培养学生处理实验数据及总结概括能力．
(3)通过自主探究和小组合作，培养自主探究、合作学习的能力．
3. 情感、态度与价值观
(1)了解变压器在生活中的应用．
(2)让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想．
教学重难点
1．变压器工作原理及理想变压器的特点．
2．理想变压器的电压、电流、功率等规律．
3．推导变压器原副线圈电流与匝数的关系．
教学准备
闭合铁芯、学生电源、导线若干、小灯泡、可拆式变压器、交流电压表、开关、多媒体课件等．
引入新课
【趣味活动】
把三个串联的干电池的正、负极分别用两根导线连接，然后让学生用手分别握住，没有任何感觉．一个左端线圈匝数为100，右端线圈匝数为800的闭合铁芯的左端线圈与干电池相连，右端线圈引出两根导线，让全班所有的学生手拉手，两端的同学各自手拿一根导线，闭合左端线圈的开关，奇妙的现象出现了：所有同学同时有了触电的感觉．
通过刚才的活动我们有了什么样的疑问？总结学生的疑问，大体可以分为两类：
问题1：第二个线圈没有接电源，为什么会有电压？
问题2：实验用的是三节干电池，电压为4.5 V，为什么开关闭合后产生了高电压？
究竟为什么会产生这样的效果呢？学习完这节课我们就会明白其中的道理．
新课教学
(一)变压器的原理
【课件展示】
利用多媒体课件展示各种用电器的额定工作电压．
用电器 额定工作电压 用电器 额定工作电压
随身听 3 V 机床上的照明灯 36 V
扫描仪 12 V 防身器 3 000 V
手机充电器 4.2 V 黑白电视机显像管 几万伏
录音机 6 V 彩色电视机显像管 十几万伏
问题：生活中的用电器一般都可以使用220 V的交流电源，与它们的额定工作电压都不相同，用电器是如何正常工作的呢？
思路点拨：变压器可以降低电压也可以升高电压，通过变压器得到用电器所需的合适电压．
【自主学习】
实物观察：分发可拆式变压器，引导学生观察变压器的构造．对应可拆式变压器实物和课本中的图片介绍变压器的构造及标示符号，说明闭合铁芯是由极薄且彼此绝缘的硅钢片叠压而成的．
总结：阅读课本P41“变压器的原理”的内容，总结出相关的知识．
1．变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，接电源的叫原线圈(初级线圈)，另一个叫副线圈(次级线圈)．
2．变压器示意图及符号：


3．变压器的工作原理：互感现象．在原线圈两端接交变电压，线圈中形成交变电流，产生变化的磁场．变化的磁场经闭合铁芯穿过原线圈的同时也穿过副线圈，形成一个闭合的磁路．变化的磁场使副线圈中产生感应电动势，当副线圈接负载时就会产生变化的电流，该变化的电流也会产生变化的磁场穿过原线圈．其实穿过原、副线圈的是合磁场，变化的合磁通量各在原、副线圈中产生了感应电动势．
【知识拓展】
从能量角度看，变压器不能产生电能，它只是利用闭合铁芯通过交变磁场将电能从原线圈转移到副线圈，实现电能—磁场能—电能的转化．
(二)电压与匝数的关系
【实验探究】
问题：在演示实验中，三节干电池串联后的电压只有4.5 V，电压是如何升高的？输入电压和输出电压间有什么关系？
猜想假设：变压器线圈两端的电压可能与原、副线圈的匝数有关．
设计实验：小组讨论设计实验方案：
(1)实验电路：

(2)操作方法：控制变量法．
(3)实验步骤：
A．按实验电路连接实验器材；
B．保持原线圈的匝数不变，增加或减少副线圈的匝数，测量副线圈两端的电压；
C．保持副线圈的匝数不变，增加或减少原线圈的匝数，测量副线圈两端的电压；
D．分析实验数据，得出实验结论．
(4)实验表格
原线圈匝数n1 副线圈匝数n2 原线圈两端电压U1(V) 副线圈两端电压U2(V)
100 10 6 10
100 20 6 5
200 20 6 10
注意事项：
(1)输入电压不超过12 V.
(2)手不能接触裸露的导线、接线柱．
(3)电压表先用最大量程试测，然后再选用适当挡位进行测量．
进行实验：分组实验连接好电路，记录的数据填入表格．
数据分析：引导学生处理数据并得出实验结论．
实验结论：在实验误差范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即＝.
【自主学习】
阅读课本P42～P43“电压与匝数的关系”的内容，学习相关的知识．
1．理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器．
(1)无漏磁现象；
(2)线圈电阻不计；
(3)铁芯不发热．
说明：大型变压器能量损失都很小，可看作理想变压器，本章研究的变压器可当作理想变压器处理．
2．理想变压器的基本规律
(1)原、副线圈两端的电压跟匝数成正比，即＝.
若n1＞n2，则U1＞U2，称为降压变压器；
若n1＜n2，则U1＜U2，称为升压变压器．
(2)输出功率等于输入功率P出＝P入，U1I1＝U2I2.
(3)原、副线圈中的电流跟匝数成反比，即＝.
(4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同．
3．互感器
(1)用途：把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流．
(2)分类：电压互感器、电流互感器．

课堂小结
在教师引导下，在学生讨论与互评中总结所学内容，并交流这节课的收获．
板书设计
4 变压器
一、变压器的原理
1.变压器的构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，接电源的叫原线圈(初级线圈)，另一个叫副线圈(次级线圈)
2.变压器示意图及符号：
　　
3.变压器的工作原理：互感现象
二、电压与匝数的关系
1.理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器
(1)无漏磁现象
(2)线圈电阻不计
(3)铁芯不发热
2.理想变压器的基本规律
(1)电压关系：\f(U1,U2)＝\f(n1,n2)
(2)功率关系：P出＝P入，U1I1＝U2I2
(3)电流关系：\f(I1,I2)＝\f(n2,n1)
(4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同．
3.互感器
(1)用途：把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流．
(2)分类：电压互感器、电流互感器