《变压器》教学教案

PAGEPAGE7《变压器》精品教案《变压器》教学设计设计者吴锐芬工作单位深圳市育才中学一、教学内容分析变压器是人教版选择性必修2第三章第3节的内容，是本章的核心内容之一，在教材中起到了承上启下的作用，是对电磁感应内容和交变电流内容的应用，同时是电能的输送内容的基础。按照普通高中物理课程标准（2017年版）的要求，本节任务是让学生通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。本节用控制变量法探究安培力方向以及大小时，涵盖了科学探究的基本要素，有助于培养学生的物理学科核心素养。二、学生情况分析1.知识基础：学生通过前面的学习已经掌握了感应电流的产生条件、法拉第电磁感应定律，并且了解了直流电和交流电的区别。2.能力水平：学生基本掌握了研究物理问题的基本过程，掌握了控制变量法，会进行分组探究实验。三、教学目标（一）从核心素养角度阐述：物理观念：知道变压器的构造及几种常见的变压器理解变压器的工作原理理解并熟练应用理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系。科学思维：通过探究理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，电流与匝数的关系，培养学生科学推理、科学论证等思维能力。通过将实际变压器抽象出理想变压器的过程，让学生了解理想化模型在物理学研究中的重要性。通过判断220V转12V电源变压器的原线圈和副线圈的过程，让学生在解决实际问题中学会理论联系实际。科学探究：（7）探究理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系；探究理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系；科学态度与责任：（9）通过让学生经历猜想、实验探究、分析、改进再进行理论严密推导的过程，培养学生实事求是的科学观和严谨的科学态度。通过对变压器的能量转化和损耗的分析，培养学生保护环境，节约能源的意识。培养学生与人合作交流，共同完成任务的能力。(二)依据布卢姆教育目标分类理论进行阐述和分析：知识维度认知过程维度记忆/回忆理解应用分析评价创造事实性知识目标1概念性知识目标2、目标、目标4目标3目标4程序性知识目标5目标6目标7目标8元认知知识目标9、目标10、目标11四、教学重点探究理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系；学会运用控制变量法、数据处理时的列表法和图像法。五、教学难点理解理想变压器中能量关系，应用原、副线圈中电压、电流与匝数的关系解决实际问题。六、教学方法实验观察法、分组探究法、讲授法。七、教学工具以变压器为中介的手机声音放大器、电池、小灯泡、变压器、学生电源、交流电表、220V转12V电源变压器、开关与导线、excel表格、多媒体课件。八、教学流程图以变压器为中介的手机声音放大器以变压器为中介的手机声音放大器变压器的结构变压器的结构改变小灯泡亮度,即副线圈电压与什么因素有关点亮一盏小灯泡改变小灯泡亮度,即副线圈电压与什么因素有关点亮一盏小灯泡用直流电源供电用交流电源供电用直流电源供电用交流电源供电实验猜想实验猜想小灯泡闪亮一下，原理为电磁感应小灯泡稳定发光,条件是交变电流小灯泡闪亮一下，原理为电磁感应小灯泡稳定发光,条件是交变电流实验目的实验目的实验方法实验方法小灯泡稳定发光,条件是交变电流小灯泡闪亮一下，原理为电磁感应小灯泡稳定发光,条件是交变电流小灯泡闪亮一下，原理为电磁感应实验过程 实验过程实验结论实验结论误差分析误差分析改进扩展改进扩展理论验证理论验证问题：原副线圈电流关系？问题：原副线圈电流关系？学以致用一：判断实际变压器中的原副线圈学以致用一：判断实际变压器中的原副线圈学以致用二：解释导入实验学以致用二：解释导入实验九、教学过程教师活动学生活动设计意图课题引入活动一：演示利用变压器改变声音大小；引出课题利用音响放大手机歌声，普通的操作是手机直接通过导线连接音响，但以变压器为中介也能够将声音进行放大，而且当调节变压器的匝数时，声音的大小会发生变化。请问，1.手机并未与音响直接相连，为何音响能够放大手机的声音？2.为何调节线圈的匝数，就能够调节声音的大小？观察实验思考问题以变压器为主体的趣味实验引入新课，有效激发学生的学习兴趣。变压器结构活动二：观察变压器，总结变压器结构。不同用电器工作时电压不同。手机用电器只需5伏电压，电压如果太大，手机会爆炸。彩色电视机的高压包电压可高达3万伏。可是家庭用电中统一提供220伏电压。需要改变电压的大小以适应不同用电器的需求。我们把能够改变电压大小的仪器称之为变压器。提问1：你在生活中见到过哪些变压器？提问2：这些变压器虽然大小不同，形状不同，但他们的结构确实相同。观察实验室的可拆变压器，请说出变压器的有哪些部分组成。教师在黑板上绘制出变压器的结构，并解释符号中各部分的意义。学生回答1：高压输电线旁有大型变压器，家庭中手机、电脑等有小型变压器。学生回答2：两个线圈，一个闭合铁芯。学生在学案上绘制变压器符号。联系生活，分享生活中观察到器材。点亮一盏小灯泡提问3：如果原线圈提供直流电源，副线圈连接小灯泡，小灯泡是否会亮？教师连接电路图，观察小灯泡的亮度。教师总结变压器的原理为电磁感应。学生回答3：小灯泡不亮。观察小灯泡闪亮一下。为学生设置认知冲突，以促进他们更要地理解变压器的原理。提问4：如果想要让小灯泡持续稳定地亮起来，应该如何操作？教师连接电路图，观察小灯泡的亮度。教师总结变压器的电流条件为交变电流。学生回答4：接交变电流。观察小灯泡稳定发光。进一步理解变压器的原理。改变小灯泡的亮度引导：我们已经实现了让小灯泡稳定发光的任务，接下来第二个任务是改变小灯泡的亮度。小灯泡的亮度与两端的电压有关，请问，副线圈两端的电压与什么因素有关系。实验猜想。学生说出自己的猜想以及依据。实验目的：探究变压器输入电压U2与输入电压U1，原副线圈匝数n1，n2之间的关系。实验方法并指出由于时间的关系，主要探究U2和U1之间的关系学生回答：控制变量发实验过程：学生分组实验学生分组进行实验，并将实验数据记录在学案上。由一组学生上台将数据记录在excel文档中，并介绍通过列表法得出的实验结论。教师将数据绘制成U2与U1的图像，得出U2与U1成正比。而比值的关系，由6个实验小组，所选的匝数几乎都不相同，而电压之比都等于匝数之比可得出实验结论。实验结论：在误差允许的范围之内，学生上台将实验数据记录在电脑中，并分享自己的实验结论。以学生为主体，教师为主导，引导学生经历实验探究的全过程，并从中自己的实验经历中得出实验结论。误差分析：实验中有误差，要认真分析误差存在的原因，先分析能量转化的方式。活动：请男生和女生各一人上台抬铁芯，其中男生的变压器接了交流电源，女孩的变压器没有。观察两人抬铁芯时的区别。能量以电能→磁场能→电能的方式转化，但转化过程中效率达不到100%，可能损失在哪些地方。引导学生总结。理想变压器：变压器工作时，电能与磁场能之间的转化是主要因素，伴随而来的能量损失是次要因素，突出主要因素，忽略次要因素可将实际变压器抽象出理想变压器。理想化的研究方法是物理学习中的重要方法。学生踊跃上台尝试，女生抬铁芯表现很轻松，而男生很吃力。学生认真观察并思考原因。活跃课堂气氛，从男女生的对比活动中体验磁场能的存在，同时通过亲身体验感受铁芯是不带电的。让学生对闭合铁芯铁芯的作用有更加深刻的认识。反思改进：分析误差的目的是为了改进实验，改进变压器，人类的生存发展离不开能源。课后思考问题1：如何提高变压器效率？减少能量损耗。学生思考培养学生保护化境、节约能源的意识。理论推导：从理论上严密地推导理想变压的电压规律。学会利用电磁感应的内容进行推导。培养学生猜想、实验、理论推导的严谨的科学态度。提问：理想变压器原、副线圈的电流有什么大小关系？通过实验和理论分析得出实验结论。再次通过能量的角度分析理想变压器的电流关系。学生提出自己的猜想和依据培养学生建立能源观念，感受能量守恒定律在大自然中的重要地位。学以致用学以致用一：桌面上有220V转12V的电源变压器请问哪个是原线圈，哪个是副线圈？提问：为什么高压原线圈导线细？总结：高压原线圈匝数多、导线细；低压副线圈匝数少、导线粗，体积近似相等。体现了大自然的和谐与统一。学生仔细观察，判断匝数多的为原线圈，匝数少的为副线圈。观察导线的粗细与最大允许通过的电流之间的关系，得出结论，因为高压原线圈匝数多，电流小，选择细导线则可。学以致用，促进学生对所学内容的理解，同时将物理与生活实际联系起来，贴近生活，感受物理从生活中来，到生活中去。将小小的物理内容上升到大自然的高度，体会自然界的和谐美。学以致用二：解释导入实验1.手机输出了携带了声音信息的变化电流，由于电磁感应的原因，所以副线圈中感应出电流，音响播放出歌声。2.当线圈匝数发生变化时，输出电压发生变化，声音响度发生变化。3.但可以注意到，声音的音调并没有发生变化，即输出电压的频率没有发生变化。联系下节在远距离输电的过程中，离不开变压器，变压器在远距离送电的过程中起到什么作用，这个内容，我们下节课继续分析。十、板书设计§5.4变压器变压器结构原理：电磁感应条件：交流电实验目的→方法→实验→结论→分析→改进理想变压器（只有一个副线圈）十一、教学反思本节课有学生分组实验，时间难以把控，如果节奏把握不当可能会影响教学进度。十二、教学创新1.注重实验创新：一般的实验是利用变压器改变电压，而本节课的输入电源是携带了声音信息的电信号，更具有趣味性。一方面能促进学生对变压器原理的理解，同时通过实验观察声音的响度和音调，让学生意识到变压器只改变电压的大小，不改变电压的频率。2.注重在真实情境中，进行问题解决，在教学中引入原始物理问题。3.渗透科学方法教育，通过实际问题解决培养学生科思维能力本节课教学中渗透了实验观察法、归纳总结法、控制变量法等多种科学方法，培养了学生的科学思维能力与空间想象能力。4.关注学习体验，提升核心素养：本节课以科学探究的各环节为形式，让学生在解决问题的过程中，充分参与课堂，在情景化的学习中完成了知识的自我建构，提升了获取知识的能力，实现了深度学习。课后篇素养形成必备知识基础练1.钳形电流表的外形和结构如图甲所示。图甲中电流表的读数为1.2A,图乙中用同一电缆线绕了3匝,则()A.这种电流表能测直流电流,图乙的读数为2.4AB.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为0.4AC.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为3.6AD.这种电流表既能测直流电流,又能测交变电流,图乙的读数为3.6A解析钳形电流表的工作原理是电磁感应,所以它只能测交变电流,根据变压器的原理,I1n1=I0n0,其中n1指钳形电流表内部线圈的匝数,n0指待测电流导线的匝数,I1指外接电流。当在图乙中用同一电缆线绕了n0'=3匝,则满足I2n1=I0n0',解得I2=3I1=3.6A。答案C2.(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,以下说法中正确的是()A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1解析对于理想变压器,穿过两个线圈的磁通量相同,磁通量变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,输入功率等于输出功率。答案BD3.如图所示,可以将电压升高供给电灯的变压器是图()解析变压器应该接在交流电路中,升压变压器副线圈的匝数应大于原线圈的匝数。答案C4.在变电站里,经常要用交流电表去监测电网上的强电流,所用的器材叫电流互感器。如图所示的四个图中,能正确反映其工作原理的是()解析电流互感器应是测电流的,应串联在火线上,故选项B、D错误;同时,由I1n1=I2n2知,要使I2<I1,须使n2>n1,故选项A正确,选项C错误。答案A5.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入“220V60W”灯泡一只,且灯泡正常发光,则()A.电流表的示数为3220B.电流表的示数为32C.电源输出功率为1200WD.原线圈端电压为11V解析由题意知流经副线圈的电流I2=60220A=311A,则电流表的示数为I1=3220A,选项A正确、B错误;因为是理想变压器,故电源输出的功率等于灯泡消耗的功率,选项C错误;由U1=201×220V=4400V知答案A6.如图所示,一输入电压为220V、输出电压为36V的变压器副线圈烧坏。为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,然后将原线圈接到220V交流电源上,测得新绕线圈两端的电压为1V,按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A.1100,360 B.1100,180C.2200,180 D.2200,360解析由U1∶U2∶U3=n1∶n2∶n3,可得n1=U1U3n3=1100,n2=U2U答案B7.现用电压为380V的正弦式交变电流给额定电压为220V的电灯供电,以下电路中不可能使电灯正常发光的是()解析由图可知,A、B中均有电阻分压,可以使电灯正常发光;C为降压变压器,通过变压器降压也可以使电灯正常发光;D为升压变压器,电灯两端的电压不会小于380V,不可行。答案D8.当变压器一个线圈的匝数已知时,可以用下面的方法测量其他线圈的匝数:把被测线圈作为原线圈,用匝数已知的线圈作为副线圈,通入交变电流,测出两线圈的电压,就可以求出被测线圈的匝数。已知副线圈有400匝,把原线圈接到220V的线路中,测得副线圈的电压是55V,求原线圈的匝数。解析理想变压器原副线圈的电压与匝数成正比,由U1U2=n1n2得n1=答案1600关键能力提升练9.(多选)如图所示,L1、L2是高压输电线,图中两电表示数分别是220V和10A,已知甲图中原、副线圈匝数比为100∶1,乙图中原、副线圈匝数比为1∶10,则()A.甲图中的电表是电压表,输电电压为22000VB.甲图是电流互感器,输电电流是100AC.乙图中的电表是电压表,输电电压为22000VD.乙图是电流互感器,输电电流是100A解析题图甲是电压互感器,题图甲中的电表是电压表,根据电压与匝数成正比可知输电电压为22000V,A对,B错;题图乙是电流互感器,题图乙中的电表是电流表,根据电流与匝数成反比可得输电电流是100A,C错,D对。答案AD10.如图甲、乙所示的电路中,当A、B接有效值为10V的交流电压时,C、D间电压的有效值为4V;当M、N接10V直流电压时,P、Q间的电压也为4V。现把C、D接有效值为4V交流电压,P、Q接4V直流电压,下列表示A、B间和M、N间电压的是()A.10V,10V B.10V,4VC.4V,10V D.10V,0解析题图甲是一个自耦变压器,当A、B作为输入端,C、D作为输出端时,是一个降压变压器,两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比。当C、D作为输入端,A、B作为输出端时,是一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所以C、D接有效值为4V交流电压时,A、B间将得到有效值为10V交流电压。题图乙是一个分压电路,当M、N作为输入端时,上下两个电阻上的电压跟它们电阻的大小成正比。但是当把电压加在P、Q两端时,电流只经过下面那个电阻,上面的电阻中没有电流通过,M、P两端也就没有电势差,即M、P两点的电势相等。所以当P、Q接4V直流电压时,M、N两端的电压也是4V。如果M、N或P、Q换成接交流电压,上述关系仍然成立,因为交变电流在纯电阻电路中欧姆定律仍然适用。答案B11.(多选)如图所示为一理想变压器,n1为原线圈,接一正弦交流电,n2=n3,在n2、n3两个线圈上分别获得35V电压。要想得到70V电压,c、d、e、f连接方式为 ()A.d、e连在一起,c、f为输出端B.c、f连在一起,e、d为输出端C.e、c连在一起,f、d为输出端