高中物理选修2-1教案-4.2变压器1-人教版
文档属性
| 名称 | 高中物理选修2-1教案-4.2变压器1-人教版 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-12-29 09:14:05 | ||
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文档简介
《变压器》教学设计
教学思路
本节课紧紧围绕“变压器为什么能改变电压”这一主线来展开教学，变压器是怎样改变电流，原副线圈有哪些相同的物理量，变压器在实际中有哪些应用等问题为副线来进一步展开教学过程，我在上课时理论推导和讲解则采用微课的形式，语音讲解加上动画演示，形象地展现了变压器的原理和推导过程。学生对理论推导了解之后会有不信任过程，这时通过实验演示来现场测定变压器的电压和匝数之间关系。所以本节课通过定性分析和定量相结合，理论推导和实验验证相结合的方法，先使学生理解法拉第的互感现象，理解原理推导之后实验验证电压与匝数的关系，从而达到理论与实践结合教学目标。
二、教材分析：高中物理2-1中变压器是从事生产用的，注重技术，而选修3-2中变压器则是用圩理论研究，注重科学，教材对变压器原理的表述比较浅，在处理时要将这部分内容情境化，将静态知识动态化，利于学生理解透彻；由于2-1注重技术，注重实践，所以我在教学中安插了实际应用两例：互感器和自耦变压器，学以致用是我本节课教学的最终目标。
学生分析：学生通过前面电磁感应学习，已经对磁生电有了基本的掌握，在《交流电?》前一节的学习，对交流电的特点也比较清楚，已经基本具备了学习变压器这一节内容的必备知识。我所教学生基础较好，所以在本节课中直接与生产实践相联系，直接接触高考题。交流电第一节教学中，学生对变压器原线圈两端的电压与原线圈产生的电动势大小关系这一知识点比较欠缺，在教学中我作出补充和提示。?
三、教学目标
1、知识与技能：
１）知道变压器的基本构造
２）理解变压器的工作原理
３）探究并应用变压器的各种规律及应用
2、过程与方法：
１）能熟练应用控制变量法解决多变量问题
２）进一步掌握科学探究的一般思路
3、情感态度与价值观：
１）通过实验探究，体会科学探索的过程，激发探究物理规律的兴趣
２）通过真实操作和记录，获得团队合作精神的体验和实事求是的科学态度
四、教学重难点
教学重点： 变压器工作原理及工作规律．
教学难点： （l）理解副线圈两端的电压为交变电压．
（2）推导变压器原副线圈电流与匝数关系．
（3）掌握公式中各物理量，学以致用。
重难点的突破措施：
（l）通过微课学习理想化模型建立及理论推导得出原副线圈电流（电压）与匝数间的关系
（2）通过．演示实验来研究变压器工作规律使学生能在实验基础上建立规律．
（3）通过合作探究和切块拼接使学生从实践中理解公式各物理量的含义．
五、教学媒体
可拆式变压器模型、学生电源、闭合铁芯、小灯泡、导线、万用表、多媒体等
六：教学过程
（一）【自学反馈】
1、变压器由_______和______________________组成。
2、原线圈：_____________________________________。
3、副线圈：_____________________________________。
4、变压器用途:_________________________________。
变压器原理:__________________________________。
5、画出变压器的符号：
6、理想变压器原副线圈
1、电压与匝数关系：
2、电流与匝数关系：
3、原副线圈相同的物理量：
检查小组内学生填写情况。
（二）新课讲授
1、新课导入
（1）PPT展示我的手机充电器和家用电动剃须刀的工作电压，一名学生测教室里的入户电压值。提出问题：用电器常常需要不同电压的交流电.平常市电的电压是220伏,
那该怎么办呢 ——我们需要变压器.(让学生体会到变压器作用的实际意义)
（2）子威同学视频展示变压器工作原理并提出三个问题
为什么原线圈接直流电灯泡不发光？
为什么灯泡不与电源连接也能发光？
为什么灯与0-200匝转接到0-1400匝时灯的亮度增加？
2、变压器结构学习：学生在课堂上拆分演示用变压器，学习变压器的结构
并通过示意图明确下列概念：
原线圈——与电源相连，输入电压U1，线圈匝数为n1
副线圈——与用电器相连，输出电压U2，线圈匝数为n2
铁芯——有何特点
难点：微课动画展示学习变压器的原理和理论推导。（理论推导）
（1）理想变压器模型的建立
在变压器的电磁感应过程中,电能和磁能的相互转化是最主要的因素,而伴随而来的损耗是一些次要因素.为了研究的方便,我们突出主要因素,忽略次要因素.这是科学研究的一种常用方法.那么我们可以把实际的变压器抽象成理想变压器——一个没有能量损耗的理想变压器.
（2）变压器主副线圈电压、电流、功率关系推导
3、实验探究变压器的变压规律
（1）引导学生讨论探究的方案
猜测原副线圈的电压与什么因素有关,由法拉第电磁感应定律公式可能想到与线圈匝数有关.
实验仪器为学生电源(低压交流12V),可拆变压器,多用电表(交流电压档);设计并画出实验电路图;设计实验操作步骤;记录实验数据,可以设计一个表格.
（2）学生实验----控制变量法
保持原副线圈匝数不变,改变副线圈匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响;
保持原线圈电压和副线圈匝数不变,改变原电压,研究原线圈匝数对副线圈电压的关系.
(3) 引导学生分析数据,并归纳出:原线圈电压和匝数不变时,副线圈匝数越多,U2 越大.原线圈电压和副线圈匝数不变时,原线圈匝数越少,副线圈电压越高.在实验误差范围内,原副线圈电压比跟原副线圈的匝数比成正比.
3、法拉第电磁感应定律的应用
E1 = n1false E2 = n2false false=false
对于理想变压器，导线电阻可以忽略，故 U1 = E1 ，U2 = E2 （副线圈看成一个电源，电动势等于路端电压）。所以false=false
即：理想变压器原副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数比。
如果n2＞n1 ，则输出电压高，称升压变压器；
如果n2＜n1 ，则输出电压低，称降压变压器。
思考：如果原线圈通入的是直流电，能否实现变压？
功率和电流关系 功率 P1 = P2
电流 false = false
4、合作探究（小组讨论为主）：以下三个问题：
为什么原线圈接直流电灯泡不发光？
为什么灯泡不与电源连接也能发光？
为什么灯与0-200匝转接到0-1400匝时灯的亮度增加？
5、小组抢答：检查并补充学生合作探究结果
小结：从以上的探讨我们发现，变压器的电压关系和电流关系并不是用一个正比和反比可以简单地概括，而是会随着变压器结构的改变而改变，但是，万变不离其宗，能量守恒定律和法拉第电磁感应定律总是适用的。
6、切块拼接法：完成互感器和自耦变压器的学习
7、小组抢答：检查并补充学生切块拼接的学习成果
8、当堂检测（学以致用）：对难度较大的第二道题采用学生不同解法对比讲解，此过程均由学生完成。（小组总结讨论本节课理论应用）
9、学生画本节课思维导图并由学生展示思维导图并总结
10、布置作业（1）课后习题：1、2、3、4、5
（2）思考：如何进行远程输电
七：教学评价：
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，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，从而验证理想变压器的变压公式．
八：教学板书
第二节 变压器
（一）变压器构造及原理
（二）理论推导变压器主副线圈电压、电流、功率的关系
（三）实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
（四）例题讲评
九、教学反思
重视问题情境的创设和学生思维动机的激发,引导学生主体积极参与教学,主动地探究和建构知识,是本节课教学过程的有效途径，教学中要重视课题的方法教育功能(实验方法,理想化方法等)和学生思维能力,探究能力的培养.要尽量将本课题的教学转变成为师生共同参与的启发式问题探究课,在教学中以实验为载体展开过程,以问题为线索将课堂教学组织起来,通过积极创设问题情境,力求使实验与思维有机结合,层层递进,使学生始终处于积极参与合作探究的状态之中,充分展现物理课教学的特点和魅力.
十：教学资源
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．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．
教学思路
本节课紧紧围绕“变压器为什么能改变电压”这一主线来展开教学，变压器是怎样改变电流，原副线圈有哪些相同的物理量，变压器在实际中有哪些应用等问题为副线来进一步展开教学过程，我在上课时理论推导和讲解则采用微课的形式，语音讲解加上动画演示，形象地展现了变压器的原理和推导过程。学生对理论推导了解之后会有不信任过程，这时通过实验演示来现场测定变压器的电压和匝数之间关系。所以本节课通过定性分析和定量相结合，理论推导和实验验证相结合的方法，先使学生理解法拉第的互感现象，理解原理推导之后实验验证电压与匝数的关系，从而达到理论与实践结合教学目标。
二、教材分析：高中物理2-1中变压器是从事生产用的，注重技术，而选修3-2中变压器则是用圩理论研究，注重科学，教材对变压器原理的表述比较浅，在处理时要将这部分内容情境化，将静态知识动态化，利于学生理解透彻；由于2-1注重技术，注重实践，所以我在教学中安插了实际应用两例：互感器和自耦变压器，学以致用是我本节课教学的最终目标。
学生分析：学生通过前面电磁感应学习，已经对磁生电有了基本的掌握，在《交流电?》前一节的学习，对交流电的特点也比较清楚，已经基本具备了学习变压器这一节内容的必备知识。我所教学生基础较好，所以在本节课中直接与生产实践相联系，直接接触高考题。交流电第一节教学中，学生对变压器原线圈两端的电压与原线圈产生的电动势大小关系这一知识点比较欠缺，在教学中我作出补充和提示。?
三、教学目标
1、知识与技能：
１）知道变压器的基本构造
２）理解变压器的工作原理
３）探究并应用变压器的各种规律及应用
2、过程与方法：
１）能熟练应用控制变量法解决多变量问题
２）进一步掌握科学探究的一般思路
3、情感态度与价值观：
１）通过实验探究，体会科学探索的过程，激发探究物理规律的兴趣
２）通过真实操作和记录，获得团队合作精神的体验和实事求是的科学态度
四、教学重难点
教学重点： 变压器工作原理及工作规律．
教学难点： （l）理解副线圈两端的电压为交变电压．
（2）推导变压器原副线圈电流与匝数关系．
（3）掌握公式中各物理量，学以致用。
重难点的突破措施：
（l）通过微课学习理想化模型建立及理论推导得出原副线圈电流（电压）与匝数间的关系
（2）通过．演示实验来研究变压器工作规律使学生能在实验基础上建立规律．
（3）通过合作探究和切块拼接使学生从实践中理解公式各物理量的含义．
五、教学媒体
可拆式变压器模型、学生电源、闭合铁芯、小灯泡、导线、万用表、多媒体等
六：教学过程
（一）【自学反馈】
1、变压器由_______和______________________组成。
2、原线圈：_____________________________________。
3、副线圈：_____________________________________。
4、变压器用途:_________________________________。
变压器原理:__________________________________。
5、画出变压器的符号：
6、理想变压器原副线圈
1、电压与匝数关系：
2、电流与匝数关系：
3、原副线圈相同的物理量：
检查小组内学生填写情况。
（二）新课讲授
1、新课导入
（1）PPT展示我的手机充电器和家用电动剃须刀的工作电压，一名学生测教室里的入户电压值。提出问题：用电器常常需要不同电压的交流电.平常市电的电压是220伏,
那该怎么办呢 ——我们需要变压器.(让学生体会到变压器作用的实际意义)
（2）子威同学视频展示变压器工作原理并提出三个问题
为什么原线圈接直流电灯泡不发光？
为什么灯泡不与电源连接也能发光？
为什么灯与0-200匝转接到0-1400匝时灯的亮度增加？
2、变压器结构学习：学生在课堂上拆分演示用变压器，学习变压器的结构
并通过示意图明确下列概念：
原线圈——与电源相连，输入电压U1，线圈匝数为n1
副线圈——与用电器相连，输出电压U2，线圈匝数为n2
铁芯——有何特点
难点：微课动画展示学习变压器的原理和理论推导。（理论推导）
（1）理想变压器模型的建立
在变压器的电磁感应过程中,电能和磁能的相互转化是最主要的因素,而伴随而来的损耗是一些次要因素.为了研究的方便,我们突出主要因素,忽略次要因素.这是科学研究的一种常用方法.那么我们可以把实际的变压器抽象成理想变压器——一个没有能量损耗的理想变压器.
（2）变压器主副线圈电压、电流、功率关系推导
3、实验探究变压器的变压规律
（1）引导学生讨论探究的方案
猜测原副线圈的电压与什么因素有关,由法拉第电磁感应定律公式可能想到与线圈匝数有关.
实验仪器为学生电源(低压交流12V),可拆变压器,多用电表(交流电压档);设计并画出实验电路图;设计实验操作步骤;记录实验数据,可以设计一个表格.
（2）学生实验----控制变量法
保持原副线圈匝数不变,改变副线圈匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响;
保持原线圈电压和副线圈匝数不变,改变原电压,研究原线圈匝数对副线圈电压的关系.
(3) 引导学生分析数据,并归纳出:原线圈电压和匝数不变时,副线圈匝数越多,U2 越大.原线圈电压和副线圈匝数不变时,原线圈匝数越少,副线圈电压越高.在实验误差范围内,原副线圈电压比跟原副线圈的匝数比成正比.
3、法拉第电磁感应定律的应用
E1 = n1false E2 = n2false false=false
对于理想变压器，导线电阻可以忽略，故 U1 = E1 ，U2 = E2 （副线圈看成一个电源，电动势等于路端电压）。所以false=false
即：理想变压器原副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数比。
如果n2＞n1 ，则输出电压高，称升压变压器；
如果n2＜n1 ，则输出电压低，称降压变压器。
思考：如果原线圈通入的是直流电，能否实现变压？
功率和电流关系 功率 P1 = P2
电流 false = false
4、合作探究（小组讨论为主）：以下三个问题：
为什么原线圈接直流电灯泡不发光？
为什么灯泡不与电源连接也能发光？
为什么灯与0-200匝转接到0-1400匝时灯的亮度增加？
5、小组抢答：检查并补充学生合作探究结果
小结：从以上的探讨我们发现，变压器的电压关系和电流关系并不是用一个正比和反比可以简单地概括，而是会随着变压器结构的改变而改变，但是，万变不离其宗，能量守恒定律和法拉第电磁感应定律总是适用的。
6、切块拼接法：完成互感器和自耦变压器的学习
7、小组抢答：检查并补充学生切块拼接的学习成果
8、当堂检测（学以致用）：对难度较大的第二道题采用学生不同解法对比讲解，此过程均由学生完成。（小组总结讨论本节课理论应用）
9、学生画本节课思维导图并由学生展示思维导图并总结
10、布置作业（1）课后习题：1、2、3、4、5
（2）思考：如何进行远程输电
七：教学评价：
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，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，从而验证理想变压器的变压公式．
八：教学板书
第二节 变压器
（一）变压器构造及原理
（二）理论推导变压器主副线圈电压、电流、功率的关系
（三）实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
（四）例题讲评
九、教学反思
重视问题情境的创设和学生思维动机的激发,引导学生主体积极参与教学,主动地探究和建构知识,是本节课教学过程的有效途径，教学中要重视课题的方法教育功能(实验方法,理想化方法等)和学生思维能力,探究能力的培养.要尽量将本课题的教学转变成为师生共同参与的启发式问题探究课,在教学中以实验为载体展开过程,以问题为线索将课堂教学组织起来,通过积极创设问题情境,力求使实验与思维有机结合,层层递进,使学生始终处于积极参与合作探究的状态之中,充分展现物理课教学的特点和魅力.
十：教学资源
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．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．