高中物理新课标版人教版选修3-2优秀教案：教学设计(二){4变压器}.doc

1、 上中学学科网，下载精品资料！教学设计(二)教学目标一、知识目标1知道变压器的构造。理解互感现象，理解变压器的工作原理。2理解理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。3知道课本中介绍的几种常见的变压器。二、技能目标1用电磁感应去理解变压器的工作原理，培养学生综合应用所学知识的能力。2讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义。三、情感态度目标1使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。2培养学生实事求是的科学态度。教学重点难点变压器工作原理。变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的。教学方法实验探究、演绎推理。教学用具可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡、自耦变

2、压器、调压器、导线等。课时安排1课时引入新课师在实际应用中，常常需要改变交流的电压。大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10 000 V以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。新课教学1变压器原理师出示可拆变压器，引导学生观察，变压器主要由哪几部分构成？生变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的

3、。一个线圈跟电源连接，叫原线圈(初级线圈)，另一个线圈跟负载连接，叫副线圈(次级线圈)。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。师画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：演示将原线圈接照明电源，交流电压表接到不同的副线圈上，观察交流电压表是否有示数。生电压表有示数且示数不同。师变压器原、副线圈的电路并不相同，副线圈两端的交流电压是如何产生的？请同学们从电磁感应的角度去思考。生在原线圈上加交变电压U1，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。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，

4、它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。师物理上把原、副线圈中由有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象。互感现象是变压器工作的基础。生变压器的铁芯起什么作用？师如果无铁芯，并排放置的原、副线圈也发生互感现象，但原、副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方，漏失的磁感线不会在原、副线圈中传送电能。如有铁芯，由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率。生原、副线圈中，感应电动势大小跟什么有关系？师与线圈中磁通量变化率及线圈匝数成正比。师生共同活动：(1)实验探究得出理想变压器的变压比关系。(2)推导理想变压

5、器的变压比公式。设原线圈的匝数为N1，副线圈的匝数为N2，穿过铁芯的磁通量为，则原副线圈中产生的感应电动势分别为E1N1E2N2在忽略漏磁的情况下，12，由此可得在忽略线圈电阻的情况下，原线圈两端的电压U1与感应电动势E1相等，则有U1E1；副线圈两端的电压U2与感应电动势E2相等，则有U2E2。于是得到师请同学们阅读教材，回答下列问题：(1)什么叫理想变压器？(2)什么叫升压变压器？(3)什么叫降压变压器？(4)电视机里的变压器和复读机里的变压器各属于哪一类变压器？生1忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，叫做理想变压器。生2当N2N1时，U2U1，这样的变压器叫升压变压器。生3当

6、N2N1时，U2U1，这样的变压器叫降压变压器。生4电视机里的变压器将220 V电压升高到10 000 V以上属升压变压器；复读机的变压器将220 V电压降到6 V，属于降压变压器。师理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？生P出P入师若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？生据P出U2I2，P入U1I1及P出P入得：U2I2U1I1则：师绕制原副线圈的导线粗细一样吗？生粗细不一样。高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线。2几种常见的变压器师变压器的种类很多，请同学们阅读教材，了解几种常见的变压器，并回

7、答下列问题：(1)互感器分为哪几类？(2)电压互感器的作用是什么？(3)电流互感器的作用是什么？生1互感器分为两类，即电压互感器和电流互感器。生2电压互感器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和变压比，就可以算出高压电路中的电压。生3电流互感器用来把大电流变成小电流。它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表。根据电流表测得的电流I2和变流比，可以算出被测电路中的电流。课堂小结本节课主要学习了以下内容：1变压器主要由铁芯和线圈组成。2变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原、副线圈的互感现象。3理想变压器：忽略一切电磁损耗

8、，有P输出P输入4日常生活和生产中使用各种类型的变压器，但它们遵循同样的原理。作业(略)4变压器变压器优化训练1理想变压器原、副线圈匝数比为n1n2101，如图所示。在原线圈中输入交变电压，其瞬时表达式为u1220sin100t V，在副线圈两端接入一灯泡和一只交流电压表，下面说法正确的是()A电压表的示数为22 VB电压表的指针周期性左右偏转C输出交变电压频率减为5 HzD灯泡承受电压的最大值是220 V2如图所示，一理想变压器的原、副线圈分别由双线ab和cd(匝数都为n1)，ef和gh(匝数都为n2)组成，用I1和U1表示输入电流和电压，I2和U2表示输出电流和电压。在下列四种连接中，符合

9、，的是() Ab与c相接，以a、d为输入端；f与g相连，以e、h为输出端Bb与c相连，以a、d为输入端；e与g相连，f与h相连为输出端Ca与c相连，b与d相连为输入端；f与g相连，以e、h为输出端Da与c相连，b与d相连为输入端；e与g相连，f与h相连为输出端3如图所示的理想变压器供电线路中，若将开关S闭合，电流表A1的示数将，电流表A2的示数将，电流表A3的示数将，电压表 V1的示数将，电压表 V2将。(不考虑输电线电压损耗) 4如下图，在a、b两端与e、f两端分别加上220 V交流电压时，测得c、d间与g、h间电压均为110 V，若分别在c、d间与g、h间加110 V电压，则a、b间与e、

10、f间电压分别为() A220 V，220 VB220 V，110 VC110 V，110 VD220 V，05在绕制变压器时，将两个线圈绕在如图变压器铁芯的左右两臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数比N1N221，在不接负载情况下() A当线圈1输入电压220 V时，线圈2输出电压110 VB当线圈1输入电压220 V时，线圈2输出电压55 VC当线圈2输入电压110 V时，线圈1输出电压220 VD当线圈2输入电压110 V时，线圈1输出电压110 V参考答案：1A2.A3. 变大不变变大不变不变4B5.BD理想变压器与

11、实际变压器理想变压器是对实际变压器作理想化处理后得到的结果。中学物理教材对变压器的讨论，都是在理想化基础上进行的，即认为变压器线圈电阻为零，磁通量全部集中在铁芯中以及变压器运行时内部损耗忽略不计。由此导出原、副绕组的电压平衡方程：U1E1，U2E2；电压关系：；电流关系：和功率传输关系：P1P2。上述关系基本上反映了变压器的运行规律，但理想变压器与实际变压器存在一定的差距，在某些条件下，这种差距还相当大，以致个别公式并不适用。下面从四个方面作进一步分析。(1)原、副绕组的电压平衡方程实际变压器考虑了线圈电阻以及漏磁的影响，因此其电压平衡方程为：空载时110R1j0X1，22；负载运行时111R

12、1j1X1，222R2j2X2。式中R1、X1和R2、X2分别为原、副绕组的电阻和漏电抗，0为空载电流，2为副边开路电压。由于电流1(I0)在R1、X1上的压降与主磁感应电动势1相比数值很小，可以忽略，故有11。同理，如将2在R2和X2上产生的压降忽略，则在空载和负载下，均有22。仅考虑数值大小，我们就得到了理想变压器的电压平衡方程：11，22。不过从下面的分析可知，U2E2的处理是近似的。(2)原、副绕组的电压关系式变压器的外特性曲线对于实际变压器，空载时有U1E1，U20E2，因此。负载时从图所示的外特性曲线可知，当负载为电阻性及电感性时，U2随I2的增大而下降，并且功率因数cos2愈小，

13、U2下降愈厉害；当负载为电容性时，U2随I2的增大而升高，U2E2，故。不过由于电压变动率一般在5%左右，所以近似认为，即理想变压器的电压关系成立。(3)原、副绕组的电流关系由磁势平衡方程，可得到实际变压器原、副绕组的电流关系：102。因为变压器运行在额定负载时，0只占1的百分之几，故可略去，即有12。如只考虑数值关系，则有，这就是理想变压器的电流关系式。这里我们要指出，当变压器运行在轻载或空载状态时，I1/I2N2/N1不成立，原因是此时0与1相比，绝对不可以忽略。(4)功率传输关系及效率效率曲线实际变压器输入、输出功率关系为P1PFePCuP2，式中PFe为铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；PCu为铜损，即电流在线圈电阻上消耗的功率。变压器的效率P1/P2100%，效率与输出功率的关系如图所示。如忽略PFe和PCu，则得到理想变压器功率传输关系：P1P2和100%。由于大型变压器运行在额定值附近时，效率可达97%99.5%，故此时理想变压的关系式均成立。不过请注意，当变压器在轻载和空载条件下运行，其效率是比较低的，也就是此时P1P2、100%均不成立。