《第2节变压器》教学设计(贵州省市级优课)-物理教案

《变压器》教学设计六盘水市第八中学张丽纯教学目标：1、知识与技能：知道变压器的构造以及变压器的工作原理；变压器原、副线圈匝数的关系；结合输入功率等于输出功率得到电流与匝数的关系。2、过程与方法：学生经历了探究铁芯作用及工作原理的两个简单实验，明白变压器的构造及其利用互感现象的工作原理。3、情感态度与价值观：学生自己动手弄清本质，加强物理实验与实际生活的联系。教学重点：变压器的工作原理及工作规律教学难点：变压器铁芯是否带电即如何将电能从原线圈传输到副线圈；掌握变压器工作规律公式中符号所代表的物理量的含义。实验器材：两个额定电压为4Ｖ的线圈、额定电压为２.５Ｖ的小灯泡、学生电源、导线若干、铁芯（从铁架台上拆下来的铁柱）、变压器教材分析：本节内容为山东科学技术出版社出版的普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2，其中的第四章第二节“变压器”。在高考中属于=2\*ROMANII类考点，体现电磁感应及互感现象在实际生活中的应用。新课引入如今我们的生活已经离不开电。我们每天都要用电灯、看电视......。请问，家庭用电电路的电压是多少伏？（答：220伏）人体的安全电压是多少？（答：36伏）因此，220伏电压是会对人的生命安全构成威胁的。（展示手机充电器，并将它插入家庭电源，手摸充电器另一端）但现在，我将手机充电器插入到了220伏的电源电压，手摸充电器另一端，我的身体并没有感觉到任何不适！是我有特异功能吗？那为什么220伏的电压经手机充电器后会减低到人体的安全电压以内呢?带着这个问题我们进入到今天的内容学习。进入新课1820奥斯特证实了通电导线周围存在着磁场。在一个线圈两端加上电压U1：有了U1有了U1，在回路中就会形成电流I1，线圈中有电流，由电生磁，在空间就会激发磁场B。现在在该线圈旁边放入另一个线圈回路。我们将与电源相连的线圈称为原线圈，与灯泡相连的线圈称为副线圈：因有磁场B通过副线圈，所以在副线圈这个面内有磁通量Φ因有磁场B通过副线圈，所以在副线圈这个面内有磁通量Φ。 若所加的电压U1是交变电压：ΔU1ΔI1ΔB副线圈ΔΦ，问：当穿过副线圈中的磁通量Φ发生变化时，由法拉第电磁感应定律，在副线圈两端会激发出什么？答：副线圈两端会激发感应电动势E'若E'大小接近小灯泡额定电压，则灯泡会发光。由桌上现有器材，我们来验证刚才所提到的理论：给原线圈通交变电压U1,与副线圈相连的小灯泡会亮。实验1目的：探究铁芯的作用（用ppt展示实验目的及步骤）实验步骤：1、原线圈接入4V的交流电压，副线圈与小灯泡相连，打开电源，将副线圈以任意形式靠近原线圈，观察小灯泡是否发光。关闭电源。问：若小灯泡没亮，原因是什么？答：理论依据是不会有问题的，原因只能是E'<<U灯额。问：为什么副线圈中的E'会这么小？分析：，在n、s不变的情况下，E'小，是因为小。而原、副线圈磁场变化是同步的，在相等的变化时间里就意味着是ΔB小。问：副线圈中ΔB为什么小？答：因为原线圈产生的磁场在传输到副线圈的过程中，磁场损失太严重，即漏磁太严重！问：那么怎样减小这种漏磁呢？2、将原、副线圈穿过同一铁芯，打开电源，并使两线圈相互靠近，在靠近的过程中灯泡是否亮了起来？问：根据前面的分析，小灯泡为什么现在亮起来了？答：有了铁芯后，磁场从原线圈到副线圈传输的过程中漏磁减小了。问：因而，铁芯在此的作用是什么？答：铁芯的作用--束缚磁场，导磁！3、打开电源，将副线圈逐渐远离原线圈，观察小灯泡亮度变化情况。关闭电源。问：在副线圈逐渐远离原线圈过程中小灯泡亮度如何变化？答：越来越暗，最后熄灭。分析：这说明我们实验中所用的这种铁芯虽可以束缚磁场，起导磁作用，但依然存在少量的漏磁。实验2目的：探究实验装置的工作原理（4）将原、副线圈通过铁芯靠近，原线圈接入4V的直流电压，打开电源，观察小灯泡是否亮了。关闭电源。问：小灯泡是否亮了？答：没亮问：为什么在有铁芯情况且原、副线圈靠近的情况下，只是将与原线圈相连的电源由交流改成直流，灯泡就不亮了呢？答：U1不变I1不变B不变副线圈Φ不变，所以副线圈两端不会有感应电动势E'。问：因此，只有穿过副线圈磁场量Φ发生变化，副线圈中才有感应电动势E'，这是什么现象？（提示：是“磁生电”还是“电生磁”?)答：电磁感应现象。问：副线圈中有感应电流，是因为原线圈中电流变化而引起的，这属于电磁感应现象中的“自感现象”还是“互感现象”答：互感现象板书：工作原理（互感现象）问：根据电磁感应现象原理，副线圈中电能E'是谁提供的？是铁芯吗？铁芯导电吗？（提示：铁芯中B变化，副线圈中才会有E'，变化的B具有磁场能）答：是由铁芯中交变磁场所具有的磁场能转化而来。板书：磁场能电能问：铁芯中的交变磁场是谁产生的？答：原线圈中交变电压产生的。问：那么铁芯中的磁场能是原线圈中什么能转化而来的？答：是由原线圈中的电能转化而来。板书：电能磁场能电能过渡：因此，我们实验中由原线圈、铁芯、副线圈所组成的装置可以达到传输电能的目的。但在传输电能的过程中，前面提到过，这种材料及形状的铁芯依然存在少量漏磁现象。所以该装置还需要改进。现在，将铁芯改装为顺着磁路走一圈，变成闭合铁芯，这样就能更好地束缚磁场了。我们把由原线圈、闭合铁芯、副线圈组成的能传输电能的装置叫做变压器。4.2变压器（展示变压器的实物）这就是变压器，由两个线圈及闭合铁芯组成。一、结构：=1\*GB3①线圈=2\*GB3②闭合铁芯这里的闭合铁芯由硅钢片叠合而成，线圈是由漆包线绕制而成。原线圈的匝数用n1表示，原线圈两端的电压为输入电压，符号是U1，流过原线圈的电流为I1，副线圈的匝数用n2表示，副线圈两端的电压为输出电压，符号是U2,流过副线圈的电流为I2。我们刚刚实验所用的原、副线圈、铁芯组合起来的装置也是变压器，是比较简陋的变压器。虽然现在把一般的铁芯改装成由硅钢片叠合而成的闭合铁芯了，但其工作原理不变。工作原理（互感现象）电能磁场能电能依然是利用互感现象使副线圈获得交变电压，并且只是在完成传输电能的目的。过渡：如果变压器在传输电能的过程中忽略各种能量的损耗，我们把这样的变压器称为理想变压器。三、理想变压器大型变压器的工作效率可以达到97％到99％，因而都可视为理想变压器。问：对于理想变压器，若从原线圈输入电能W，那么从副线圈输出的电能是大于、小于还是等于W？答：W入=W出因为W入=W出，在相等的作用时间t内，就有P入=P出1、功率：P入=P出Ｕ１•Ｉ１＝Ｕ２•Ｉ２过渡：由上式可以看出，变压器在传输电能的过程中，原、副线圈两端的功率Ｐ不变，那么原、副线圈两端的电压是否也不变呢？接下来我们用实验探究变压器的变压规律。实验3目的：探究变压器电压与匝数的关系实验步骤：（演示操作，并由两个学生分别读数和往表格中输入数据）2000.58000.12514000.07142857120028000.514000.285714286由实验结果提问：问：由表格中的和的数值，在实验误差允许的范围内，我们可以得到什么结论？答：等于，即原、副线圈两端的电压之比等于匝数之比。２、变压规律：＝由电压比值与匝数比值的关系可以看出，若n2>n1,则U2>U1，输出电压比输入电压大，该变压器是升压变压器。反之，是降压变压器。由Ｕ１•Ｉ１＝Ｕ２•Ｉ２３、变流规律：现在回到我们刚上课时提到的问题，为什么220V交流电经手机充电器后会降低到人体的安全电压以内呢？（展示手机电池）我这里有一个手机电池，锂离子电池。额定电压４.２伏，可充电电压３.７伏。可见，手机充电器内必然含有一个降压变压器。当然，手机充电器内不仅含有高频小型变压器这一个装置，其内部还包含了整流装置，滤波装置及稳压装置。有关充电器相关知识大家可下去多查阅资料。（用ppt展示手机充电器的内部实物图）（三）、课堂练习：某手机充电器中有一高频小型变压器，将220伏的高频交流电输送到该变压器的输入端，在变压器的输出端产生了5伏的高频低压电。该高频低压电经过稳压、滤波变成4.2V的直流电给手机电池。请问，此手机充电器中高频小型变压器的原、副线圈匝数比是多少？、