變壓器教學(xué)設(shè)計(jì)

《變壓器》教學(xué)設(shè)計(jì)［物理3—2（選修）第五章第四節(jié)］教材地位變壓器是交變電路中常見(jiàn)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.學(xué)生通過(guò)前面《電磁感應(yīng)》整章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)對(duì)磁生電以及渦旋電流有了基本的掌握，在《交流電》前兩節(jié)的學(xué)習(xí)，對(duì)交流電的特點(diǎn)也比較清楚，已經(jīng)基本具備了學(xué)習(xí)變壓器這一節(jié)內(nèi)容的必備知識(shí)。這節(jié)內(nèi)容承上啟下，它是電磁感應(yīng)知識(shí)及交變電流概念的綜合應(yīng)用，體現(xiàn)出了交變電流的優(yōu)點(diǎn)，為電能輸送奠定了基礎(chǔ)?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于變壓器的教學(xué)要求是“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究變壓器線圈兩端的電壓及匝數(shù)的關(guān)系”，新教科書增加了這一探究實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中要突出通過(guò)探究結(jié)論。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(shuō)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(shì)，副線圈相當(dāng)于交流電源對(duì)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(guò)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，經(jīng)過(guò)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(duì)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(guò)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(chǎng)（鐵芯外部磁場(chǎng)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(guò)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(shì)之比只及匝數(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，它的輸出功率及輸入功率相等，這樣才得出原、副線圈的電壓、電流及匝數(shù)的關(guān)系.在解決有兩個(gè)副線圈的變壓器的問(wèn)題時(shí)，不做統(tǒng)一的要求，不必急于去分析這類問(wèn)題，對(duì)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(kāi)闊學(xué)生眼界，增加實(shí)際知識(shí).教材分析本節(jié)重點(diǎn)是從電磁感應(yīng)的角度和能量的轉(zhuǎn)化及守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理以及探究變壓器的匝數(shù)及線圈兩端的電壓的關(guān)系并能用它解決基本問(wèn)題。對(duì)于變壓器工作原理，要讓學(xué)生在電磁感應(yīng)理論的基礎(chǔ)上理解什么是互感現(xiàn)象？為什么原、副線圈之間沒(méi)有載流導(dǎo)體的連接，副線圈中還可以輸出電流？使學(xué)生再次體會(huì)交變電流及恒定電流的區(qū)別，以及交變電流的優(yōu)點(diǎn)。在解決有兩個(gè)副線圈的變壓器的問(wèn)題時(shí)，不做統(tǒng)一的要求，不必急于去分析這類問(wèn)題，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生，可引導(dǎo)他們進(jìn)行分析討論。教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo).知道變壓器的構(gòu)造..理解互感現(xiàn)象，理解變壓器的工作原理..理解理想變壓器原、副線圈中電壓及匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問(wèn)題..理解理想變壓器原、副線圈中電流及匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問(wèn)題..知道課本中介紹的幾種常見(jiàn)的變壓器.二、技能目標(biāo).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..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(wú)關(guān)因素）三、情感態(tài)度目標(biāo).使學(xué)生體會(huì)到能量守恒定律是普遍適用的..培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn).探究變壓器的匝數(shù)及線圈兩端的電壓的關(guān)系并能用它解決基本問(wèn)題.從電磁感應(yīng)的角度和能量的轉(zhuǎn)化及守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理教學(xué)用具可拆變壓器、自制線圈、交流電壓表、學(xué)生電源、數(shù)字萬(wàn)用電表、干電池、燈泡、導(dǎo)線等教學(xué)方法及手段本節(jié)課應(yīng)圍繞“什么是變壓器？”“變壓器副線圈為什么有電壓？'”變壓器為什么能改變電壓？”“變壓器是怎樣改變電壓和電流的？”可以采用定性分析和定量推導(dǎo)相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)相結(jié)合的方法掌握電壓及線圈匝數(shù)之間的關(guān)系。同時(shí)，以能量轉(zhuǎn)化和傳輸為核心，突出變壓器的理想化模型，由此推導(dǎo)功率關(guān)系和電壓電流關(guān)系。教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課[事件1]教學(xué)任務(wù)：創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課師生活動(dòng)：今天我們要學(xué)習(xí)的是變壓器這一節(jié)，課前讓同學(xué)們搜集各種變壓器，哪些同學(xué)可以跟同學(xué)們分享一下你們搜集的變壓器的工作電壓是多少？用電器額定工作電壓用電器額定工作電壓隨身聽(tīng)3V機(jī)床上的照明燈36V掃描儀12V防身器3000V

手機(jī)充電器4.2V 4.4V5.3V黑白電視機(jī)顯像管幾萬(wàn)伏錄音機(jī)6V9V12V彩色電視機(jī)顯像管十幾萬(wàn)伏我們發(fā)現(xiàn)不同的用電器所需的額定電壓是不同的，但是我國(guó)民用供電電壓均為220V,怎樣才能讓這些工作電壓不同的用電器正常工作呢？這就需要學(xué)習(xí)一種新的設(shè)備一一變壓器。推進(jìn)新課[事件2]教學(xué)任務(wù)：了解變壓器的構(gòu)造師生活動(dòng)：.請(qǐng)同學(xué)觀察可拆變壓器并回答變壓器由哪些部分組成。展示可拆變壓器:左右各有一個(gè)線圈套在鐵芯上，其中一個(gè)及電源相連的稱為原線圈（或初級(jí)線圈），另一個(gè)及用電器相連的稱為副線圈（或次級(jí)線圈）。線圈是由絕緣的導(dǎo)線繞制的。閉合的鐵芯是由涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊加而成的。線圈及鐵芯彼此絕緣。.介紹變壓器的示意圖，原副線圈的匝數(shù)一般是不同的，、和3分別表示原線圈和副線圈的匝數(shù)，1和4表示原線圈和副線圈的端電壓。電路圖中符號(hào)小結(jié)：最典型的變壓器是由兩個(gè)線圈和閉合鐵芯構(gòu)成。[事件3]教學(xué)任務(wù)：變壓器的原理師生活動(dòng)：?jiǎn)栴}引入：變壓器的鐵芯帶電嗎？交流討論：把交變電壓加在原線圈上，原線圈中的交變電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，將鐵芯磁化并在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個(gè)交變的磁通量不但穿過(guò)原線圈，也穿過(guò)副線圈，所以也在副線圈中激發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果副線圈兩端連著用電器，副線圈中就會(huì)產(chǎn)生交變電流。這一交變電流也產(chǎn)生交變的磁通量，交變的磁通量同樣即穿過(guò)副線圈也穿過(guò)原線圈，所以也都會(huì)引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。小結(jié)：變壓器的原理：互感現(xiàn)象時(shí)變壓器工作的基礎(chǔ)。通過(guò)互感現(xiàn)象，電源的能量可以從一個(gè)線圈傳輸給另一個(gè)線圈。問(wèn)題追蹤1：若是接直流電源的話，副線圈兩端的燈泡的亮度如何？電壓會(huì)有什么變化？演示實(shí)驗(yàn)：接直流電時(shí)，燈泡不亮，副線圈兩端電壓為零。小組合作討論：如何解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？學(xué)情預(yù)設(shè)及解答：可能有少部分學(xué)生難以理解，對(duì)于領(lǐng)悟力好分析能力強(qiáng)的學(xué)生代表發(fā)言：①若為直流情況，鐵芯中有磁感線但鐵芯中的磁通量不變，無(wú)法產(chǎn)生電磁感應(yīng)，也就沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以小燈泡不亮。②從能量的角度解釋，接交流電時(shí)，由于互感現(xiàn)象原線圈的電能先轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能再轉(zhuǎn)化為副線圈的電能。而接直流電時(shí)，不能發(fā)生這樣的能量轉(zhuǎn)化。問(wèn)題追蹤2：在變壓器通過(guò)交變磁場(chǎng)傳輸電能的過(guò)程中，閉合鐵芯起什么作用？演示實(shí)驗(yàn)：取下可拆變壓器的一塊鐵芯，使其不閉合，觀察現(xiàn)象；慢慢閉合鐵芯，再觀察現(xiàn)象。（現(xiàn)象：發(fā)現(xiàn)燈變暗了，甚至不亮，而重新加上鐵芯后，逐漸恢復(fù)到正常發(fā)光。）小組合作討論：如何解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？學(xué)情預(yù)設(shè)及解答：該問(wèn)題會(huì)在學(xué)生中間引發(fā)強(qiáng)烈的興趣和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)現(xiàn)象分析本質(zhì)：若沒(méi)有鐵芯，則磁感線漏失在空間中，只有一小部分穿過(guò)另一線圈，而加上鐵芯后可以使磁感線絕大部分集中在鐵芯中，使得能量轉(zhuǎn)化的效率提高了。[事件4]教學(xué)任務(wù)：探究變壓器線圈兩端的電壓及匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)師生活動(dòng)：你認(rèn)為線圈兩端的電壓及線圈的匝數(shù)可能有什么關(guān)系？對(duì)于電壓及匝數(shù)間的關(guān)系，我們同學(xué)可以自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)探究一下。分組實(shí)驗(yàn)：1、實(shí)驗(yàn)裝置：學(xué)生交流電源、可拆變壓器、電壓表第7頁(yè)2、分組測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456原線圈匝數(shù)n1n1n1n1n2n2n2副線圈匝數(shù)n2n1n12n1n2n22n2副線圈輸出電壓U2結(jié)論討論及交流得出結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，原副線圈的電壓及原副線圈的匝數(shù)成正比。問(wèn)題追蹤1：引號(hào)竽生鉆％小總是小十言，思考為什3磁感線分布原副線圈完全一致嗎？問(wèn)題追蹤2：探究產(chǎn)生誤差的主要因素。小結(jié)：產(chǎn)生誤差的主要原因：①漏磁，②線圈內(nèi)阻等定義新概念：如果在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中能量損失很小，能夠略去原、副線圈的電阻，以及各種電磁能量損失，這樣的變壓器我們稱之為理想變壓器。這是物理學(xué)中又一種理想化模型?？偨Y(jié)及歸納：a、理想變壓器，有u=旦1 1Un2 2b、如果n2>),則輸出電壓高，稱升壓變壓器；如果n2V、，則輸出電壓低，稱降壓變壓器。[事件5]教學(xué)任務(wù)：理想變壓器的原副線圈的電流及匝數(shù)的關(guān)系師生活動(dòng)對(duì)于理想變壓器而言，還有一個(gè)重要特點(diǎn)是將鐵芯中發(fā)熱的能量忽略不計(jì)。我們知道繞在在鐵芯上的線圈通交流電后會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生渦流，損失能量，但是鐵芯如果用薄硅鋼片疊加制成的話，可以使損失大大降低，甚至可以忽略不計(jì)。因此，理想變壓器輸入的電功率等于輸出的電功率，即P1=P2交流討論：理想變壓器的原副線圈的電流及匝數(shù)之間有什么關(guān)系呢？能不能推導(dǎo)出數(shù)學(xué)表達(dá)式呢？學(xué)情預(yù)設(shè)： 學(xué)生通過(guò)討論一般都能得出正確結(jié)論，（由：P1=P2 U]I]=U2I2 由此可得，L二U2二3）12u1 *結(jié)論：理想變壓器的原副線圈的電流跟他們的匝數(shù)成反比。學(xué)以致用：變壓器線圈電流越大，就要用較粗的導(dǎo)線。電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線，為什么呢？我們可以從導(dǎo)線的粗細(xì)來(lái)判斷其匝數(shù)的多少，小區(qū)的變壓器是降壓變壓器，若只有原副線圈各一個(gè)，那個(gè)線圈應(yīng)該使用較粗的導(dǎo)線?[事件6]課堂鞏固及反饋課堂小結(jié)[事件7]教學(xué)任務(wù)：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課的學(xué)習(xí)活動(dòng)。第9頁(yè)本節(jié)重點(diǎn)是從電磁感應(yīng)的角度和能量的轉(zhuǎn)化及守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理以及探究變壓器的匝數(shù)及線圈兩端的電