精品人教版选择性必修二33变压器教学设计文档格式.docx
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学生活动
设计意图
导入新课
生产生活中有各种变压器,有的把低压升为高压,有的把高压降为低压。
变压器是如何改变电压的呢?
今天我们就来学习变压器的工作原理和理想变压器的规律。
观察图片生产生活中有各种变压器,思考变压器是如何改变电压的呢?
引起学生学习的兴趣,为引出本节课题做铺垫
讲授新课
一、变压器的原理
1.变压器的构造
变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。
2.原线圈和副线圈
变压器的示意图
(1)原线圈
一个线圈与交流电源连接,叫作原线圈,也叫初级线圈;
其匝数用n1表示,两端的电压叫变压器的输入电压U1。
(2)副线圈
另一个线圈与负载连接,叫作副线圈,也叫次级线圈。
其匝数用n2表示,两端的电压叫变压器的输出电压U2。
3.变压器的工作原理
(1)原线圈内通直流电,副线圈内无感应电流。
(2)原线圈内通交流电,副线圈内有感应电流。
(3)变压器的工作原理是依据电磁感应原理工作的,在原线圈两端接交流电压,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。
实验:
探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1.实验思路
(1)观察可拆变压器零部件
两个线圈都是用绝缘导线绕制成的,铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
视频:
可拆变压器结构
出示图片:
组装后的变压器
(2)利用教学用的可拆变压器进行探究。
可拆变压器能方便地从不同接线柱上选取不同匝数的线圈。
运用控制变量法,保持原线圈电压U1和匝数n1不变,改变副线圈的匝数n2。
2.实验步骤
(1)把原线圈连接学生电源的交流输出端电压12V,副线圈连接小灯泡的两端。
(2)保持原线圈的匝数200匝不变,让副线圈的匝数分别为100匝和400匝,测量小灯泡两端的电压。
(3)保持副线圈的匝数100匝不变,让原线圈分别为800匝和1400匝,测量小灯泡两端的电压。
(4)分析实验数据,得出实验结论。
3.注意事项
(1)要用低压交流电源,所用电压不要超过12V,即使这样,通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。
(2)为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测。
(3)连接电路后要由同组的几位同学分别独立检查,并经过确认。
只有这时才能接通电源。
4.实验数据
U1/V
原线圈n1/匝
副线圈n2/匝
U2/V
U1/U2
n1/n2
12
200
100
5.8
2.068
2
400
23.4
0.513
0.5
800
1.22
9.83
8
1400
0.84
14.28
14
5.实验结论:
在误差允许范围内原、副线圈的电压之比,等于原、副线圈的匝数之比,即:
思考讨论:
为什么数据没有严格遵从原、副线圈上的电压之比等于它们的匝数之比这样的规律呢?
参考答案:
变压器工作时有能量损失。
①铜损:
变压器线圈通过电流时会发热;
②铁损:
铁芯在交变磁场的作用下会发热即:
涡流现象发热;
③漏损:
交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内即:
漏磁损失能量。
二、理想变压器的变压规律和变流规律
1.理想变压器
有些变压器的能量损失很小,可以忽略。
我们把没有能量损失的变压器叫作理想变压器。
理想变压器也是一个理想化模型。
2.电压与匝数关系
(1)实验和理论分析都表明,理想变压器原、副线圈的电压之比,等于原、副线圈的匝数之比。
(2)若有一个副线圈时
(3)若有多个副线圈时
3.升压变压器和降压变压器
①当n2>
n1时,U2>
U1,变压器使电压升高,这种变压器叫做升压变压器;
②当n2<
n1时,U2<
U1,变压器使电压降低,这种变压器叫做降压变压器;
升压变压器降压变压器
你能利用法拉第电磁感应定律推导出理想变压器原、副线圈中电压大小与它们的线圈匝数之间的关系吗?
由于为理想变压器,所以为穿过原、副线圈磁通量相同,根据法拉第电磁感应定律:
不考虑原副线圈的内阻则:
U1=E1,U2=E2所以,
4.理想变压器的变流规律
(1)理想变压器变流规律
由理想变压器输入功率等于输出功率:
P入=P出
得:
对于只有一个副线圈的理想变压器,电流和匝数成反比。
注意:
①电流关系只适用于有一个副线圈的变压器,若为多个副线圈的变压器,电流和匝数的关系要从P入=P出导出。
I1U1=I2U2+I3U3+……,可得,I1n1=I2n2+I3n3+……
②对于只有一个副线圈的理想变压器,电流和匝数成反比。
因此,变压器中高压线圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制;
低压线圈匝数少而通过的电流大,应用较粗的导线绕制。
5.变压器的应用
实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。
大型发电机发出的交流,电压为几万伏,而远距离输电却需要几十万伏以上的电压。
变电站中的大型变压器
各种用电设备所需的电压也不相同。
电灯、电饭锅、洗衣机等家用电器需要220V的电压,机床上的照明灯需要36V或24V的安全电压。
由于有了变压器,交流的电压容易改变,所以交流得到了广泛的应用。
小家电中的变压器
思考与讨论:
我们知道导线可以输送电能,变压器上的原、副线圈之间并没有导线直接连接,却将电能从原线圈的电路输送到副线圈的电路。
在变压器中能量是如何转化的?
在原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场,即电场的能量转变成磁场的能量;
通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈,于是在副线圈上产生了感应电流,磁场的能量转化成了电场的能量,实现了电能→磁场能→电能的转变。
科学漫步无线充电技术
对移动电话进行无线充电
无线充电技术通过分别安装在充电基座和接收能量的装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。
如果移动电话中有无线充电装置,那么把移动电话直接放在充电基座上就可以充电。
无线充电接收器中的线圈
对于一个没有无线充电功能的移动电话,也可以通过在移动电话端连接一个无线充电接收器,将接收器放在无线充电基座上来进行充电。
打开无线充电接收器,就可以看到其内部有一个接收线圈。
课堂练习
1.如图所示的理想变压器正常工作时,原、副线圈中可能不相同的物理量为( )
A.每匝线圈中磁通量的变化率
B.交变电流的频率
C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率
D.原线圈中的感应电动势和副线圈中的感应电动势
【答案】D
2.一台变压器的原线圈匝数为50,副线圈的匝数为100,在原线圈两端接上电动势为12V的蓄电池,则在副线圈两端输出的电压为( )
A.0VB.6VC.24VD.120V
【答案】A
3.一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻
。
当输入电压
时,原线圈中电流为1A,则变压器原、副线圈匝数比为( )
A.2︰1B.4︰1C.1︰2D.1︰4
4.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1:
n2=5:
1,原线圈输入交变电压U=311sin100πt(V),在原线圈中接有理想交流电流表,其示数为I1,在副线圈接阻值为22Ω的定值电阻R。
下列说法中正确的是( )
A.电阻R中电流方向1s内变化50次
B.电阻R消耗的电功率为88W
C.电流表示数I1=0.8A
D.若电阻R可变,则随着R的增加,副线圈的输出电压不断增加
【答案】B
5.如图所示,一理想变压器的原线圈接在电压为220V的正弦交流电源上,副线圈通过电流表与一阻值为40V的电阻连接。
已知理想电流表的示数为1.1A,则下列说法正确的是( )
A.变压器的输入功率为24.2W
B.电阻两端电压的最大值为44V
C.变压器原、副线圈的匝数比为11:
2
D.通过原线圈电流的有效值为0.22A
阅读课文了解变压器的基本构造
观看图片原线圈和副线圈
学生思考变压器的工作原理
观察可拆变压器零部件,说出探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验思路
学生阅读课文说出实验步骤
学生处理实验数据计算原副线圈的电压之比和匝数之比,说出实验结论
学生思考讨论
阅读课文了解理想变压器
学生记忆理解电压与匝数的关系
阅读课文了解升压变压器和降压变压器
学生记忆理解理想变压器的变流规律
阅读课文了解变压器的应用
学生阅读科学漫步无线充电技术
学生练习
锻炼学生的自主学习能力
掌握原线圈和副线圈以及变压器的示意图
掌握变压器的工作原理是依据电磁感应
锻炼学生的观察能力和逻辑思维能力
为实验的顺利进行打下基础
锻炼学生的处理数据的能力和归纳总结能力
了解实验中产生这一误差的原因
掌握理想变压器中电压与匝数关系
掌握n2>
n1时,为升压变压器;
n2<
n1时,为降压变压器
锻炼学生对知识的应用能力和推导的能力
掌握理想变压器中P入=P出对于只有一个副线圈的理想变压器,电流和匝数成反比
锻炼学生的合作交流能力和语言表达能力
拓展学生的知识面
巩固本节的知识
课堂小结
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述,查漏补缺,并有针对性地进行讲解补充。
板书
1.变压器的构造:
闭合铁芯、原线圈和副线圈。
2.变压器的工作原理:
电磁感应原理工作的。
1.理想变压器的电压关系:
2.理想变压器的功率关系:
3.理想变压器的电流关系: