山東省成武一中高中物理5.4變壓器教案

1、變壓器本節(jié)教材分析變壓器是交變電路中常見的一種電器設(shè)備，也是遠(yuǎn)距離輸送交流電不可缺少的裝置.在講解變壓器的原理時(shí)，要積極引導(dǎo)學(xué)生從電磁感應(yīng)的角度說明：原線圈上加交流電壓產(chǎn)生交流電流，鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，副線圈中產(chǎn)生交變電動(dòng)勢，副線圈相當(dāng)于交流電源對外界負(fù)載供電.要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)，從能量轉(zhuǎn)換的角度看，變壓器是把電能通過磁場能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后一般電壓、電流都發(fā)生了變化.有的學(xué)生認(rèn)為變壓器鐵芯是帶電的.針對這種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，可讓學(xué)生根據(jù)電磁感應(yīng)原理，經(jīng)過獨(dú)立思考了解到變壓器鐵芯并不帶電，鐵芯內(nèi)部有磁場（鐵芯外部磁場很弱）.要讓學(xué)生明白，互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ).要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上

2、理解互感現(xiàn)象.這里的關(guān)鍵是明白原線圈和副線圈有共同的鐵芯，穿過它們的磁通量和磁通量變化時(shí)刻都是相同的.因而，其中的感應(yīng)電動(dòng)勢之比只與匝數(shù)有關(guān).這樣，原副線圈的匝數(shù)不同，就可以改變電壓了.要使學(xué)生明白，理想變壓器是忽略了變壓器中的能量損耗，它的輸出功率與輸入功率相等，這樣才得出原、副線圈的電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系.在解決有兩個(gè)副線圈的變壓器的問題時(shí)，不做統(tǒng)一的要求，不必急于去分析這類問題，對學(xué)有余力的學(xué)生，可引導(dǎo)他們進(jìn)行分析討論.變壓器在生產(chǎn)和生活中有十分廣泛的應(yīng)用.課本中介紹了一些，教學(xué)中可根據(jù)實(shí)際情況向?qū)W生進(jìn)行介紹，或看掛圖、照片、實(shí)物或參觀，以開闊學(xué)生眼界，增加實(shí)際知識(shí). 教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目

3、標(biāo)1.知道變壓器的構(gòu)造.2.理解互感現(xiàn)象，理解變壓器的工作原理.3.理解理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題.4.理解理想變壓器原、副線圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題.5.知道課本中介紹的幾種常見的變壓器.二、技能目標(biāo)1.用電磁感應(yīng)去理解變壓的工作原理，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力.2.講解理想變壓器使學(xué)生了解建立物理模型的意義.（抓主要因素，忽略次要因素，排除無關(guān)因素）三、情感態(tài)度目標(biāo)1.使學(xué)生體會(huì)到能量守恒定律是普遍適用的.2.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度. 教學(xué)重點(diǎn)變壓器工作原理. 教學(xué)難點(diǎn)變壓器是如何將原線圈的電能傳輸給副線圈的. 教學(xué)方法實(shí)

4、驗(yàn)探究、演繹推理. 教學(xué)用具可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡、自耦變壓器、調(diào)壓器、導(dǎo)線等. 課時(shí)安排1 課時(shí)教學(xué)過程一、引入新課師在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要改變交流的電壓.大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流，電壓有幾萬伏，而遠(yuǎn)距離輸電卻需要高達(dá)幾十萬伏的電壓.各種用電設(shè)備所需的電壓也各不相同.電燈、電飯煲、洗衣機(jī)等家用電器需要220 V的電壓，機(jī)床上的照明燈需要36 V的安全電壓.一般半導(dǎo)體收音機(jī)的電源電壓不超過10 V，而電視機(jī)顯像管卻需要10000 V以上的高電壓.交流便于改變電壓，以適應(yīng)各種不同需要.變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備.這節(jié)課我們學(xué)習(xí)變壓器的有關(guān)知識(shí).二、新課教學(xué)1.變壓器原理師出示可拆

5、變壓器，引導(dǎo)學(xué)生觀察，變壓器主要由哪幾部分構(gòu)成？生變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成.一個(gè)線圈跟電源連接，叫原線圈（初級線圈），另一個(gè)線圈跟負(fù)載連接，叫副線圈（次級線圈）.兩個(gè)線圈都是絕緣導(dǎo)線繞制成的.鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成.師畫出變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)，如下圖所示：演示將原線圈接照明電源，交流電壓表接到不同的副線圈上，觀察交流電壓表是否有示數(shù)？生電壓表有示數(shù)且示數(shù)不同.師變壓器原、副線圈的電路并不相同，副線圈兩端的交流電壓是如何產(chǎn)生的？請同學(xué)們從電磁感應(yīng)的角度去思考.生在原線圈上加交變電壓U1，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量.這個(gè)交變磁通量既穿過原線圈

6、，也穿過副線圈，在原、副線圈中都要引起感應(yīng)電動(dòng)勢.如副線圈是閉合的，在副線圈中就產(chǎn)生交變電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中同樣引起感應(yīng)電動(dòng)勢.副線圈兩端的電壓就是這樣產(chǎn)生的.師物理上把原副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象.互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ).生變壓器的鐵芯起什么作用？師如果無鐵芯，并排放置的原副線圈也發(fā)生互感現(xiàn)象，但原副線圈所激發(fā)的交變磁場的磁感線只有一小部分穿過對方，漏失的磁感線不會(huì)在原副線圈中傳送電能.如有鐵芯，由于磁化，絕大部分磁感線集中在鐵芯內(nèi)部，大大提高了變壓器的效率.生原副線圈中，感應(yīng)電動(dòng)勢大小跟什么有關(guān)系？師與線圈中磁通量變化率及線圈

7、匝數(shù)成正比.師生共同活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)探究得出理想變壓器得變比關(guān)系推導(dǎo)理想變壓器的變壓比公式.設(shè)原線圈的匝數(shù)為N1，副線圈的匝數(shù)為N2，穿過鐵芯的磁通量為，則原副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別為E1=N1 E2=N2在忽略漏磁的情況下，1=2，由此可得在忽略線圈電阻的情況下，原線圈兩端的電壓U1與感應(yīng)電動(dòng)勢E1相等，則有U1=E1；副線圈兩端的電壓U2與感應(yīng)電動(dòng)勢E2相等，則有U2=E2.于是得到師請同學(xué)們閱讀教材，回答下列問題：（1）什么叫理想變壓器？（2）什么叫升壓變壓器？（3）什么叫降壓變壓器？（4）電視機(jī)里的變壓器和復(fù)讀機(jī)里的變壓器各屬于哪一類變壓器？生1忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變

8、壓器，叫做理想變壓器.生2當(dāng)N2N1時(shí)，U2U1，這樣的變壓器叫升壓變壓器.生3當(dāng)N2N1時(shí)，U2U1，這樣的變壓器叫降壓變壓器.生4電視機(jī)里的變壓器將220 V電壓升高到10000 V以上屬升壓變壓器；復(fù)讀機(jī)的變壓器將220 V電壓降到6 V，屬于降壓變壓器.師理想變壓器原線圈的輸入功率與副線圈的輸出功率有什么關(guān)系？生P出=P入師若理想變壓器只有一個(gè)副線圈，則原副線圈中的電流I1與I2有什么關(guān)系？生據(jù)P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1則：師繞制原副線圈的導(dǎo)線粗細(xì)一樣嗎？生粗細(xì)不一樣.高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，用較細(xì)的導(dǎo)線；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，用較粗

9、的導(dǎo)線.2.幾種常見的變壓器師變壓器的種類很多，請同學(xué)們閱讀教材，了解幾種常見的變壓器，并回答下列問題：（1）自耦變壓器有何特點(diǎn)？（2）自耦變壓器如何作升壓變壓器？又如何作降壓變壓器？（3）互感器分為哪幾類？（4）電壓互感器的作用是什么？（5）電流互感器的作用是什么？生1自耦變壓器只有一個(gè)線圈，滑動(dòng)頭位置變化時(shí)，輸出電壓會(huì)連續(xù)發(fā)生變化.生2若把整個(gè)線圈作副線圈，線圈的一部分作原線圈，為升壓變壓器；若把線圈的一部分作副線圈，整個(gè)線圈作原線圈，為降壓變壓器.生3互感器分為兩類，即電壓互感器和電流互感器.生4電壓互感器用來把高電壓變成低電壓.它的原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈上接入交流電壓表，根據(jù)電

10、壓表測得的電壓U2和變壓比，就可以算出高壓電路中的電壓.生5電流互感器用來把大電流變成小電流.它的原線圈串聯(lián)在被測電路中，副線圈上接入交流電流表.根據(jù)電流表測得的電流I2和變流比，可以算出被測電路中的電流.三、小結(jié)本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容：1.變壓器主要由鐵芯和線圈組成.2.變壓器可改變交變電的電壓和電流，利用了原副線圈的互感現(xiàn)象.3.理想變壓器：忽略一切電磁損耗，有P輸出=P輸入 4.日常生活和生產(chǎn)中使用各種類型的變壓器，但它們遵循同樣的原理.四、作業(yè)（略）五、板書設(shè)計(jì)六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1.理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1n2=101, 如圖所示.在原線圈中輸入交變電壓，其瞬時(shí)表達(dá)式為U1

11、=220sin(100t) V，在副線圈兩端接入一燈泡和一只交流電壓表，下面說法正確的是A.電壓表的示數(shù)220 VB.電壓表的指針周期性左右偏轉(zhuǎn)C.輸出交變電壓頻率減為5 HzD.燈泡承受電壓的最大值是220 V2.（1993年全國）如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈分別由雙線ab和cd（匝數(shù)都為n1），ef和gh（匝數(shù)都為n2）組成，用I1和U1表示輸入電流和電壓，I2和U2表示輸出電流和電壓.在下列四種連接中，符合的是A.b與c連接，以a、d為輸入端；f與g相連，以e、h為輸出端B.b與c相連，以a、d為輸入端；e與g相連，f與h相連為輸出端C.a與c相連，b與d相連為輸入端；f與g相連，

12、以e、h為輸出端D.a與c相連，b與d相連為輸入端；e與g相連，f、h相連為輸出端3.如圖所示的理想變壓器供電線路中，若將開關(guān)S閉合，電流表A1的示數(shù)將_，電流表A2的示數(shù)將_，電流表A3的示數(shù)將_，電壓表V1的示數(shù)將_，電壓表V2將_.（不考慮輸電線電壓損耗）4.如圖，在a、b兩端與e、f兩端分別加上220 V交流電壓時(shí)，測得c、d間與g、h間電壓均為110 V，若分別在c、d間與g、h間加110 V電壓，則a、b間與e、f間電壓分別為A.220 V，220 V B.220 V，110 VC.110 V，110 V D.220 V，05.在繞制變壓器時(shí)，將兩個(gè)線圈繞在如圖變壓器鐵芯的左右兩臂

13、上，當(dāng)通以交流電時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間的臂.已知線圈1、2的匝數(shù)比N1N2=21，在不接負(fù)載情況下A.當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時(shí)，線圈2輸出110 VB.當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時(shí)，線圈2輸出電壓55 VC.當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時(shí)，線圈1輸出電壓220 VD.當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時(shí)，線圈1輸出電壓110 V參考答案：1.A 2.AD 3.V1、V2均不變，A1變大，A2不變，A3變大4.B 5.D 備課資料理想變壓器與實(shí)際變壓器理想變壓器是對實(shí)際變壓器作理想化處理后得到的結(jié)果.中學(xué)物理教材對變壓器的討論，都是在理想化基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即認(rèn)為

14、變壓器線圈電阻為零，磁通量全部集中在鐵芯中以及變壓器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部損耗忽略不計(jì).由此導(dǎo)出原、副繞組的電壓平衡方程：U1=E1，U2=E2；電壓關(guān)系：;電流關(guān)系：和功率傳輸關(guān)系：P1=P2.上述關(guān)系基本上反映了變壓器的運(yùn)行規(guī)律，但理想變壓器與實(shí)際變壓器存在一定的差距，在某些條件下，這種差距還相當(dāng)大，以致個(gè)別公式并不適用.下面從四個(gè)方面作進(jìn)一步分析.（1）原、副繞組的電壓平衡方程實(shí)際變壓器考慮了線圈電阻以及漏磁通的影響，因此其電壓平衡方程為：空載時(shí)；負(fù)載運(yùn)行時(shí).式中R1、X1和R2、X2分別為原副繞組的電阻和漏電抗，為空載電流，為副邊開路電壓.由于電流（I0）在R1、X1上的壓降與主磁感應(yīng)電動(dòng)勢相比數(shù)

15、值很小，可以忽略，故有=-.同理，如將在R2和X2上產(chǎn)生的壓降忽略，則在空載和負(fù)載下，均有=.僅考慮數(shù)值大小，我們就得到了理想變壓器的電壓平衡方程：=，=.不過從下面的分析可知，U2=E2的處理是近似的.（2）原、副繞組的電壓關(guān)系式對于實(shí)際變壓器，空載時(shí)有U1E1,U20=E2，因此=.負(fù)載時(shí)從圖所示的外特性曲線可知，當(dāng)負(fù)載為電阻性及電感性時(shí)，U2隨I2的增大而下降，并且功率因數(shù)cos2愈小，U2下降愈厲害；當(dāng)負(fù)載為電容性時(shí)，U2隨I2的增大而升高，U2E2,故.不過由于電壓變動(dòng)率一般在5%左右，所以近似認(rèn)為=，即理想變壓器的電壓關(guān)系成立.（3）原、副繞組的電流關(guān)系由磁勢平衡方程，可得到實(shí)際變壓器原、副繞組的電流關(guān)系：.因?yàn)樽儔浩鬟\(yùn)行在額定負(fù)載時(shí)，只占的百分之幾，故可略去，即有.如只考慮數(shù)值關(guān)系，則有，這就是理想變壓器的電流關(guān)系式.這里我們要指出，當(dāng)變壓器運(yùn)行在輕載或空載狀態(tài)時(shí)，I1/I2=N2/N1不成立，原因是此時(shí)與相比，絕對不可以忽略.（4）功率傳輸關(guān)系及效率效率曲線實(shí)際