3. 变压器教学设计高中物理人教版2019选择性必修 第二册-人教版2019

3.变压器教学设计高中物理人教版2019选择性必修第二册-人教版2019授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间设计意图核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过变压器教学，帮助学生形成能量守恒与电磁感应的物理观念，理解理想变压器的工作原理及电压、电流比关系；通过理想模型分析与逻辑推理，提升科学思维能力；结合实验探究影响变压器变压比的因素，培养实验设计与数据处理能力；联系远距离输电等实际应用，体会物理技术的价值，增强科学态度与社会责任感。学习者分析1.学生已掌握电磁感应定律、交变电流的产生与特性等基础知识，理解法拉第电磁感应定律的基本内容，但对磁通量变化率与感应电动势的定量关系应用尚不熟练。

2.学生对物理实验和实际应用（如手机充电器、电力系统）兴趣较高，具备一定的逻辑推理和抽象思维能力，但部分学生数学推导能力较弱，偏好直观演示和实验探究的学习方式。

3.学生可能难以理解理想变压器模型中能量守恒与电压、电流比关系的推导过程，混淆原副线圈电流与匝数反比关系，且对变压器在远距离输电中的实际应用价值认识不足。教学资源准备1.教材：确保每位学生备齐人教版2019选择性必修第二册课本。

2.辅助材料：准备变压器结构图、工作原理动画、远距离输电示意图等多媒体资源。

3.实验器材：配备可拆变压器、交流电压表、电流表、学生电源及导线，确保器材安全完好。

4.教室布置：设置分组讨论区及实验操作台，便于学生合作探究与动手操作。教学流程1.导入新课（5分钟）

2.新课讲授（30分钟）

（1）变压器的基本结构（10分钟）

展示变压器模型及课本图5.3-1，分析原线圈（接电源）、副线圈（接负载）、铁芯三部分的作用。举例：拆解教学用可拆变压器，观察线圈匝数差异（如原线圈100匝，副线圈50匝），强调铁芯闭合磁路的意义（减少磁通量损失）。联系课本“互感现象”概念，明确变压器是通过互感实现电能传递的。

（2）变压器的工作原理（10分钟）

结合课本图5.3-2，分析原线圈接交变电压时，电流产生交变磁通量，铁芯中形成闭合磁路，副线圈因磁通量变化产生感应电动势。举例：当原线圈输入u₁=220sin(100πt)V时，副线圈感应电动势e₂=-n₂ΔΦ/Δt，推导出U₁/U₂=n₁/n₂（理想变压器）。强调“交变电流”是变压器工作的必要条件，若为直流电则副线圈无输出。

（3）理想变压器的规律及应用（10分钟）

结合课本例题1，推导理想变压器电压关系U₁/U₂=n₁/n₂，电流关系I₁/I₂=n₂/n₁（能量守恒P₁=P₂）。举例：某变压器原线圈匝数880匝，输入电压220V，副线圈输出电压12V，求副线圈匝数（n₂=48匝）；若副线圈接10Ω电阻，求原线圈电流（I₁≈0.055A）。强调“理想”条件（无磁损、铜损），实际变压器效率小于100%。

3.实践活动（6分钟）

（1）组装简易变压器：用可拆变压器连接低压交流电源（6V），测量原副线圈电压，记录数据验证U₁/U₂=n₁/n₂。

（2）探究负载变化对电流的影响：在副线圈依次接入5Ω、10Ω电阻，观察原线圈电流变化，验证I₁与I₂反比关系。

（3）观察铁芯作用：拆开铁芯，测量副线圈电压，对比闭合铁芯时电压值，分析铁芯对磁通量的集中作用。

4.学生小组讨论（3分钟）

（1）原副线圈电流方向关系：举例“副线圈电流增大时，原线圈电流如何变化？”（答案：由I₁=n₂I₂/n₁知，原线圈电流同步增大）。

（2）实际变压器能量损失原因：举例“变压器发热损耗的能量形式是什么？”（答案：铜损——线圈电阻生热；铁损——铁芯涡流与磁滞生热）。

（3）变压器在远距离输电中的应用：举例“为何远距离输电要用升压变压器？”（答案：减少线路损耗，P损=I²R，升压后I减小）。

5.总结回顾（1分钟）

梳理核心概念：变压器结构（原副线圈、铁芯）、工作原理（电磁感应）、理想变压器规律（电压比、电流比、能量守恒）。强调重难点：电压比与匝数比的关系推导，实际变压器的能量损失分析。举例回顾：手机充电器通过降压变压器实现电压适配，体现物理与生活联系。总用时45分钟。教学资源拓展1.拓展资源

（1）理论深化：教材“科学漫步”栏目中关于互感系数与磁路饱和现象的补充分析，解释实际变压器铁芯为何采用硅钢片叠合结构；结合“问题与练习”第4题，推导变压器效率公式η=P出/P入=U₂I₂/U₁I₁，分析负载电阻变化对效率的影响。

（2）技术演进：介绍教材图5.3-4中早期变压器与干式变压器、智能变压器的技术对比，说明油浸式变压器在高压输电中的绝缘原理；结合“STS”栏目内容，分析超导变压器在减少能源损耗中的研究进展。

（3）实际应用：教材例题2中远距离输电模型拓展，推导升压变压器与降压变压器的匝数比计算；分析手机充电器电路中的小型变压器结构，解释其如何实现电压适配与安全隔离。

2.拓展建议

（1）阅读拓展：精读教材“科学漫步”栏目《互感现象的应用》，梳理变压器在电力系统、电子设备中的典型应用场景，绘制知识思维导图。

（2）实验探究：利用可拆变压器改装实验，验证教材“问题与练习”第5题关于自耦变压器原理，记录不同连接方式下的电压比数据。

（3）生活实践：观察家庭电器铭牌（如电视机电源适配器），标注输入输出电压值，计算其变压器匝数比，撰写《身边的变压器》调查报告。

（4）高考衔接：分析近五年高考真题中变压器类题目（如2021年全国卷第16题），总结“动态电路分析”与“能量守恒”的综合解题技巧。

（5）科技前沿：查阅教材“STS”栏目《智能电网中的变压器技术》，撰写500字短文，探讨数字化监控对变压器运行效率的提升作用。教学评价与反馈1.课堂表现：观察学生能否准确描述变压器结构（原副线圈、铁芯），理解互感原理，并举例说明电压比与匝数比的关系（如U₁/U₂=n₁/n₂）。

2.小组讨论成果展示：评估学生对“电流方向关系”“能量损失原因”“输电应用”三个问题的回答深度，如能否分析副线圈电流增大时原线圈电流的变化（I₁=n₂I₂/n₁）。

3.随堂测试：设计1道计算题（如已知输入电压220V、原线圈匝数880匝，求输出12V时的副线圈匝数）和1道应用题（解释为何远距离输电需升压变压器）。

4.课后作业：完成教材“问题与练习”第3、4题，计算实际变压器的效率（η=P出/P入），并分析负载电阻变化对效率的影响。

5.教师评价与反馈：针对学生推导匝数比时的逻辑漏洞（如忽略能量守恒），强化P₁=P₂的推导过程；对实验操作不规范的学生强调安全规范，并指导正确记录电压数据。典型例题讲解例题1：一个变压器的原线圈匝数为880匝，输入电压为220V，输出电压为12V，求副线圈的匝数。答案：根据U₁/U₂=n₁/n₂，代入得220/12=880/n₂，解得n₂=48匝。

例题2：理想变压器原线圈电压为220V，电流为0.5A，副线圈电压为110V，求副线圈电流。答案：根据P₁=P₂，U₁I₁=U₂I₂，代入得220*0.5=110*I₂，解得I₂=1A。

例题3：实际变压器输入功率为100W，输出功率为90W，求效率。答案：效率η=P出/P入=90/100=90%。

例题4：远距离输电中，升压变压器将电压从220V升到2200V，电流从10A减小到多少？答案：根