变压器-教学设计

5.4变压器一．教学设计《课程标准》对于变压器的教学要求是“通过实验，探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”。新教科书与以往教科书的不同之处是增加了这一探究实验。教学主要突出通过探究得出结论。变压器是交变电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交变电流不可缺少的装置。对于变压感器工作原理，要让学生在电磁感应理论的基础上理解什么是互感现象？为什么原、副线圈之间没有载流导线连接，副线圈中还可以输出电流？使学生再次体会交变电流与恒定电流的区别，以及交变电流的优点。二．教学目标1．知识与技能（1）知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。（2）理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。2．过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。3．情感、态度与价值观（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。三．教学重点、难点1．重点：探究变压比和匝数比的关系。2．难点：探究变压比和匝数比的关系。四．教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。教具：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡五．教学过程1．引入新课在实际应用中，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220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10V，而电视机显像管却需要10000V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。2．进行新课（1）变压器的原理思考与讨论：按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。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。画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：互感现象时变压器工作的基础。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，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。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干实验步骤：①按右图所示连接电路②原线圈接低压交流电源6V保持原线圈匝数n1不变分别取副线圈匝数n2=n1n1，2n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。③原线圈接低压交流电源6V保持副线圈匝数n2不变分别取原线圈匝数n1=n2n22n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。U1＝6V实验次数123456原线圈匝数n1n1n1n1n2n2n2副线圈匝数n2n1n12n1n2n22n2副线圈输出电压U2结论④总结实验现象，得出结论。注意事项：Ⅰ．Ⅱ．注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过12VⅢ．（2）电压与匝数的关系电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作时存在能量损失。没有能量损失的变压器叫做理想变压器。，只适用于理想变压器。实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。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？因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入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？据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1则：上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。升压变压器，n2＞n1，降压变压器，n2＜n1。升压变压器，I2<I1，降压变压器，I2>I1。在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？因为升压变压器，I2<I1，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。降压变压器，I2>I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。3．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：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有P输出=P输入4．实例探究理想变压器基本规律（1）一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（）A．交流的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量变化率理想变压器的综合应用（2）如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（）A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大六．知识总结与迁移：1．知识：（1）变压器的构造____________________和工作原理______________________________．（2）理想变压器的电压与线圈的匝数关系是______________．理想变压器的电流与线圈的匝数关数关系是_________________．功率关系是．2．课堂练习：（1）一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2、I1和I2、P1和P2．已知n1＞n2，则：（）A．U1＞U2，P1＝P2B．P1＝P2，I1＜I2C．I1＜I2，U1＞U2D．P1＞P2，I1＞I2（2）一个理想变压器，当副线圈所接的电阻R变小时，下列说法中正确的是：（）A．流过电阻R的电流不变B．电阻R两端的电压不变C．流过原线圈的电流不变D．原线圈输出的电功率不变（3）有一台理想变压器，原线圈匝数为，副线圈匝数为，当时，是_______变压器；当时，是____________变压器。若副线圈输出功率为时，原线圈输入功率为，则__________；若，当原线圈加上220V直流电压时，副线圈上的电压是___________。（4）变压器原线圈是1100匝，接在220V交流电源上，如果将10个标有“36V60W”的白炽灯泡并联接到副线圈上，要使灯泡正常发光，副线圈需要________匝，此时通过原线圈的电流强度是________A，变压器的输入功率是_______W。（5）对于理想变压器，下列说法中正确的是（）A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B．原线圈的输入电流，随着副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电压，不随副线圈的输出电流变化而变化D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零（6）一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（）A．交流的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量的变化率（7）如图所示，理想变压器的原线圈匝数匝，副线圈匝数匝，交流电源的电动势，电阻，电流表和电压表对电路影响可忽略不计A．的示数约为B．的示数约为C．的示数约为D．的示数约为七．作业：1．如图中变压器原线圈接交流高压，降压后通过输电线给用电器供电，当电键S断开时图中两电表示数电压U和电流I变化为（）A．均变大B．U变大，I变小C．均变小D．U变小，I变大2．一个理解的变压器原线圈接入电压，若原、副线圈的匝数分别是1210匝和1650匝，下列哪个判断是错误的（）A．副线圈输出电压的频率是100HzB．用电压表量得副线圈两端的电压是600VC．副线圈两端的电压的峰值是848VD．副线圈的输出功率与原线圈的输入功率是相同的3．一个理想变压器，正常工作时，在原、副线圈上，下列物理量中一定相等的是（）A．交流的频率B．电流的有效值C．电功率D．磁通量的变化率4．一理想变压器原线圈为1320匝，副线圈60匝，在副线圈上接上一个的电阻，通过它的电流强度为1A，则原线圈的电压为V，输入功率是W，若将副线圈匝数加倍，则原线圈中电流将变为A5．一理想变压器，原副线圈的匝数比n1：n2=1：2，电源电压，原线圈电路中接人一熔断电流I0=1A的保险丝，副线圈中接人一可变电阻R，如图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小于（）A．440ΩB．440ΩC．880ΩD．80Ω6．如图所示为一理想变压器工作电路图，今欲使变压器的输入功率增大到原来的2倍，在其他条件不变的情况下，可行的办法是（）A．原线圈的匝数n1增加到原来的2倍B．副线圈的匝数n2增加到原来的2倍C．负载电阻的阻值R变为原来的2倍 D．n2和R都变为原来的2倍ab7．如图所示为两个互感器，在图中圆圈内a、b表示电表，已知电压比为100，电流比为10，电压表的示数为220V，电流表的示数为10A，则abA．a为电流表，b为电压表B．a为电压表，b为电流表C．路输送电功率是2200WD．线路输送电功率是2.2×106W8．如图所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2=4∶1，当导体棒向右匀速切割磁感线时，电流表A1的读数是12mA,则副线圈中电流表A2的读数应该为()A．3mA B．48mA C．0 D．与R阻值有关9．理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原线圈接在6V的电池上，则副线圈两端电压为（）A．36VB．6VC．1VD．0V10．当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（）A．负载电阻为0 B．输出电流为0 C．两端电压为0D．输出功率为011．理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（）A．I2由I1决定 B．U2与负载有关 C．P1由P2决定D．U1由U2决定12．一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍A．次级线圈的匝数增加为原来的2倍B．初级线圈的匝数增加为原来的2倍C．负载电阻变为原来的2倍D．副线圈匝数和负载