人教版高中物理选修32教案54变压器正式版Word下载.docx

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情感态度与价值观

1．通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。

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。

3．培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。

教学重点

变压器工作原理及工作规律。

教学难点

（1）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所表示对象的含义

教学方法

（1）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。

（2）通过理想化模型建立及理论推导得出通过原副线圈电流与匝数间的关系。

（3）通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含义

教学过程

（一）明确目标

通过实验得出变压器工作规律并能运用解决实际问题。

（二）整体感知

这节内容承上启下，它是电磁感应知识与交变电流概念的综合应用，体现出了交变电流的优点，为电能输送奠定了基础。

（三）重点、难点的学习与目标完成过程

1．引入新课

幻灯打出一组数据

从以上表格可看到各类用电器额定工作电压往往不同，可我们国家民用统一供电均为220V，那这些元件是如何正常工作的呢？

出示已拆录音机，指出变压器。

这就靠我们这节将要学习的变压器来实现升压、降压，从而使我们各类用电器在供电电压220V以下都能正常工作。

出示可拆式变压器

2．讲授新课

我们先来了解变压器的构造，请同学观察实物并回答变压器由哪些部分组成。

变压器由一个闭合铁心和两个绕在铁心上的线圈组成。

闭合铁心是由极薄彼此绝缘的硅钢片叠压而成，（实物呈现，各组由前往后传）现在我们用符号来表示变压器。

强调线圈必须绕在铁心

其中与电源连接叫原线圈，也叫初级线圈。

另一个与负载连接叫副线圈，也叫次级线圈。

接下来我们再来研究变压器的工作原理。

原副线圈都是用绝缘导线绕成，原副线圈彼此间没有直接关系。

但闭合铁芯使原副线圈发生了联系。

原线圈输入交变电压，则原线圈中就有交变电流，请同学们思考铁芯闭合与没有闭合两种情况的磁感线分布图。

当铁芯闭合，原线圈产生的磁感线几乎全部分布在铁芯内部。

当铁芯不闭合副线圈通过的磁通量减少。

由于原线圈中通的是交变电流，因而铁芯中的磁通量是变化的，这样副线圈两端有电压吗？

为什么

[演示]

因为通过副线圈的磁通量也发生变化

那副线圈两端电压U2变化吗？

为什么？

感应电动势大小与磁通量变化快慢有关，那副线圈的磁通量变化均匀吗？

如果通过线圈的磁通量均匀变化时，线圈中产生的感应电动势大小不变。

副线圈中的磁通量做周期性变化，所以U2为交变电压。

总结如下

～U1—～l1—～Φ—～U2

从能量角度看，显然变压器不能产生电能，它只是通过交变磁场传输电能。

电能——磁场能——电能

变压器能改变直流电压吗？

不能。

可能有部分学生难以理解，可分析若为直流情况，铁芯中有磁感线但铁芯中的磁通量不变。

即通过副线圈的磁通量不变。

∴U2＝0

按图2原线圈接直流电压10V，则请学生观察伏特表的读数。

我们接下来讨论副线圈两端电压U2与原线圈两端电压U1有什么关系？

（部分学生可能只认为与副线圈匝数n2有关）接下来，请大家来看演示实验。

拿出仪器逐个向学生介绍，并连接好电路如下。

那如何来设计我们记录的数据表格呢？

在学生设计基础上在黑板上作出表格如下

请两位学生上台来操作，大家积极参与读数，共同完成以上表格。

在此过程注意学生读数是否准确（估读问题），并及时加以纠正。

学生完成后，请两位学生手摸铁芯。

如何处理数据？

引导学生观察记录数据，体会可能存在电压与匝数成正比。

由计算结果能得出什么结论？

在实验误差范围内，原副线圈的电压与原副线圈的匝数成正比

磁感线分布原副线圈完全一致吗？

有一部分磁感线从闭合铁芯中漏失。

使得副线圈磁感线分布疏于原线圈的磁感线分布。

[演示]按图4接好电路，请学生观察铁芯闭合时与铁芯断开时小电珠的亮度差别。

铁芯不闭合，灯明显变暗。

由上述可知，通过原线圈的电流不变，若副线圈通过的磁通量减少（漏磁）则副线圈两端的电压减少。

由于漏磁使得能量有损失。

同时因为原副线圈的绕线有阻值，当电流流过时也有内能产生，使得电能损失。

∴P入＞P输

同时由于通过铁芯的磁感线反复磁化时也产生焦耳热（请加以证明），组成变压器铁芯的硅钢片不是一整块，而是极薄的一片一片叠压而成，就是为了减少这部分的内能损失。

原副线圈有电阻通过电流时也会产生焦耳热。

所以P入＞P输．

一只变压器如果磁感线没有漏失，线圈和铁芯都不发热，那么这只变压器便是无电能损耗的理想变压器。

在这种情况下，变压器输出电功率必然等于输入电功率。

即P入=P出

理想化是科学研究中常用的重要方法，其要领是“分清主次，抓住主要矛盾”。

建立理想变压器模型，不仅有理论上的意义，而且为提高实际变压器效率指出了方向。

上台板演，教师批改，注意规范问题。

解　设变压器原副线圈匝数分别为n1　n2，端电压为U1　U2，通过的电流为I1、I2

则：

P入＝U1I1　P出=U2I2

又∵理想变压器　∴P入＝P出

∴U1I1＝U2I2

变压器工作时，通过原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比当原副线圈匝数一定，原线圈电流随副线圈电流增大怎么变化呢？

我们来看以下演示实验

实验电路出示幻灯　其中n1＝1600匝，n2＝400匝

A．请学生观察随着K闭合的增加，观察的变化情况，并思考为什么？

几乎不变。

随着闭合的灯泡增多，副线圈所接的电阻变小，电压不变，所以电流增大。

或者

B．将副线圈的匝数改为200匝，请学生观察灯的亮度，并说明为什么？

C．将原线圈的匝数改为800匝，请学生观察灯的亮度，并说明为什么？

D．若A1允许通过电流为3安培，则副线圈至多可接几盏小电珠？

E．若A1改为同规格的小电珠，则当S1、S2、S3、S4均闭合且4只小电珠正常发光，则由A1所改的小电珠会烧毁吗？

公式应用必须灵活，结合实际。

一定要注意公式中各物理量的含义，不能张冠李戴。

U1、U2指原副线圈两端的电压，I1、I2指通过原副线圈的电流强度。

断开电源，将变压器拆下，问刚才是哪个为原线圈，哪个作为副线圈。

降压变压器，所以：

n2＜n1。

可如何去判别匝数的多少？

出示原副线圈实物。

降压变压器由于原副线圈的电阻不为零，所以总有电能损耗P损=I2R，降压变压器哪个通过线圈电流大？

P入=P出　即　U1I1＝U2I2　∵U1＞U1　∴I1＜I2

副线圈的通过的电流大，则为了减少电能的损耗，所以必须减少线

径相对小些（经济，重量）。

这样高压线圈匝数多，线径小，低压线圈电流大，匝数少，线径大。

将变压器原副线圈非常和谐地绕在铁芯上，非常美观。

反之则不符合物理规律，也不美观。

【基础知识精讲】

课文全解

一、变压器

1．定义：

用来改变交流电压的设备，称为变压器．

说明：

变压器不仅能改变交变电流的电压，也能改变交变电流的电流，但是不能改变恒定电流．

2．构造：

变压器由一个闭合铁芯（是由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成的）和两个线圈（用绝缘导线绕制）组成的．

原线圈：

和交流电源相连接的线圈（匝数为n1）．

副线圈：

和负载相连接的线圈（匝数为n2）．许多情况副线圈不只一个．

二、理想变压器

1．理想变压器是一种理想模型．理想变压器是实际变压器的近似．理想变压器有三个　特点：

（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量Φ都一样．每匝线圈中所产生感应电动势相等．

（2）线圈绕组的电阻不计，无能损现象．

（3）铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象．

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．理想变压器的变压原理

变压器工作的原理是互感现象，互感现象即是变压器变压的成因．当变压器原线圈上加上交变电压，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．如果副线圈电路是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁通量．这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈，在原、副线圈中同样要引起感应电动势．在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象．

在变压器工作时，由于原、副线圈使用同一个铁芯，因而穿过原、副线圈（每匝）的磁通量Φ及磁通量的变化率均相同，在原、副线圈产生的感应电动势与它们的匝数成正比．

3．能量转换：

变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置．

4．理想变压器的基本关系

（1）输出功率等于输入功率P出＝P入，U1I1＝U2I2．

（2）原副线圈两端的电压跟匝数成正比，．

（3）原副线圈中的电流跟匝数成反比（仅限一个副线圈），．

（4）原副线圈的交变电流的周期T和频率f相同．

5．理想变压器的三个决定关系

（1）理想变压器输出功率决定输入功率．当副线圈空载时，变压器的输出功率为零，输入功率也为零，并且输入功率随着负载的变化而变化．若同时有多组副线圈工作，则U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn成立．

（2）理想变压器副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数比所决定．无论副线圈是否有负载，是单组还是多组，每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足＝…．

（3）理想变压器副线圈中的电流决定原线圈中的电流．原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大，当有几组副线圈时，原、副线圈中的电流关系为n1I1＝n2I2＋n3I3＋…，其中n2、n3…为工作的副线圈的匝数．

（1）理想变压器工作时，若增加负载，相当于负载电阻减小，从而副线圈中的电流增大，此时原线圈中电流也增大；

若减少负载，相当于负载电阻增大，从而副线圈中的电流减小，此时原线圈中的电流减小；

若副线圈空载时，副线圈中的电流为零，那么原线圈中的电流也为零．

（2）原副线圈如果分别采用双线绕制，使原副线圈都是由两个线圈组合而成，当电流通过时，要根据在线圈中形成的磁通量方向确定其等效匝数．

（3）接在原、副线圈回路中的电表均视为理想电表，其内阻的影响忽略不计．

三、几种常用的变压器

1．自耦变压器

（1）自耦变压器的示意图如图17－4－2所示．

图17－4－2

（2）特点：

铁芯上只绕有一个线圈．

（3）用途：

可升高电压，也可降低电压．如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（图17－4－2甲）；

如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压（图17－4－2乙）．

2．调压变压器

（1）构造：

线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，如图17－4－3所示．

图17－4－3

（2）变压方法：

AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2．

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：

①电压互感器

如图17－4－4所示，用来把高电压变成低电压．它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表．根据电压表测得的电压U2和铭牌上注明的