精品人教版选择性必修二33变压器教学设计.docx

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精品人教版选择性必修二33变压器教学设计

3.3变压器

教学设计

课题

变压器

单元

3

学科

物理

年级

高二

学习

目标

1.知道变压器的构造及理解变压器的工作原理、变压器的匝数与线圈两端的电压的关系;

2.会推导变压器的匝数与线圈电流的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。

3.通过探究原、副线圈电压与匝数的关系，知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型。

重点

电压器的工作原理和理想变压器的规律。

难点

推导理想变压器的电流电压与匝数的关系，并进行计算。

教学过程

教学环节

教师活动

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

12

12

800

100

1.22

9.83

8

12

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

升压变压器降压变压器

思考讨论：

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？

参考答案：

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

【答案】A

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

【答案】D

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

学生思考讨论

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

学生思考讨论

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

锻炼学生的自主学习能力

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

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

锻炼学生的自主学习能力

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

一、变压器的原理

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。

二、理想变压器的变压规律和变流规律

1.理想变压器的电压关系:

2.理想变压器的功率关系：

P入=P出

3.理想变压器的电流关系：