高中物理-高中物理選修3-2 第五章第四節(jié) 變壓器教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

《變壓器》教學(xué)設(shè)計(jì)一．教學(xué)思路

“變壓器”的教學(xué)圍繞“變壓器為什么能改變電壓”變壓器是怎樣改變電壓、電流等問(wèn)題為線索來(lái)展開(kāi)教學(xué)過(guò)程，采用定性分析和定量相結(jié)合，理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，先使學(xué)生理解互感現(xiàn)象，再通過(guò)學(xué)生探究活動(dòng)，驗(yàn)證電壓與匝數(shù)的關(guān)系，然后通過(guò)法拉第電磁感應(yīng)定推導(dǎo)出電壓與線圈匝數(shù)之間存在的關(guān)系。二．教學(xué)目標(biāo)1．知識(shí)與技能：（1）知道變壓器的基本構(gòu)造（2）理解變壓器的工作原理（3）探究并應(yīng)用變壓器的各種規(guī)律2．過(guò)程與方法：（1）能熟練應(yīng)用控制變量法解決多變量問(wèn)題（2）進(jìn)一步掌握科學(xué)探究的一般思路3．情感態(tài)度與價(jià)值觀：（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，體會(huì)科學(xué)探索的過(guò)程，激發(fā)探究物理規(guī)律的興趣（2）通過(guò)真實(shí)操作和記錄，獲得團(tuán)隊(duì)合作精神的體驗(yàn)和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度三、教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：變壓器工作原理及工作規(guī)律．教學(xué)難點(diǎn)：（l）理解副線圈兩端的電壓為交變電壓．

（2）推導(dǎo)變壓器原副線圈電流與匝數(shù)關(guān)系．

（3）掌握公式中各物理量所表示對(duì)象的含義．重難點(diǎn)的突破措施：（l）通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)研究變壓器工作規(guī)律使學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立規(guī)律．（2）通過(guò)理想化模型建立及理論推導(dǎo)得出通過(guò)原副線圈電流與匝數(shù)間的關(guān)系．（3）通過(guò)運(yùn)用變壓器工作規(guī)律的公式來(lái)解題使學(xué)生從實(shí)踐中理解公式各物理量的含義．四、教學(xué)媒體變壓器模型、學(xué)生電源、閉合鐵芯、小燈泡、導(dǎo)線、多媒體等五、教學(xué)過(guò)程（一）知識(shí)回顧：1.產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件是什么2.法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是什么？3.什么是互感現(xiàn)象？（首先通過(guò)幾個(gè)問(wèn)題復(fù)習(xí)前面學(xué)過(guò)的電磁感應(yīng)知識(shí)，給學(xué)生知識(shí)上的準(zhǔn)備）（二）新課講授新課導(dǎo)入師：在實(shí)際使用中,我們常常需要不同電壓的交流電.如表所示:（多媒體展示）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黑白電視機(jī)顯像管幾萬(wàn)伏錄音機(jī)6V彩色電視機(jī)顯像管十幾萬(wàn)伏師：這些用電器所需的電源電壓各不相同，而日常照明用電的電壓是220伏,那該怎么辦呢？生：需要一個(gè)可以改變電壓的設(shè)備引入——變壓器.(讓學(xué)生體會(huì)到變壓器作用的實(shí)際意義)

師：多媒體展示變壓器的種類和式樣（讓學(xué)生對(duì)實(shí)際變壓器有感性認(rèn)識(shí)）；一．變壓器的構(gòu)造及原理1.引導(dǎo)學(xué)生觀察可拆變壓器的構(gòu)造，并通過(guò)示意圖明確下列概念：原線圈——與電源相連，輸入電壓U1，線圈匝數(shù)為n1副線圈——與用電器相連，輸出電壓U2，線圈匝數(shù)為n2思考：若給原線圈接直流電壓U1，副線圈電壓U2?（學(xué)生思考）師：分別演示給原線圈接直流電壓和交流電壓兩種情況下，副線圈兩端是否有電壓。（提醒學(xué)生注意觀察連接在副線圈兩端的小燈泡是否會(huì)發(fā)光）得出結(jié)論：變壓器是改變交流電壓的設(shè)備。師：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？生：不相通。師：既然變壓器原副線圈不相通，那么變壓器是如何變壓的呢？（老師引導(dǎo)學(xué)生用前面所學(xué)知識(shí)分析）2.變壓器的工作原理(1)互感現(xiàn)象：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(2)能量轉(zhuǎn)化：變壓器通過(guò)閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（U1、I1）到磁場(chǎng)能（變化的磁場(chǎng)）再到電能（U2、I2）轉(zhuǎn)化師：請(qǐng)同學(xué)們想一想，變壓器在改變電壓時(shí)，原副線圈的電壓與什么因素有關(guān)？（引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)原副線圈的電壓與什么因素有關(guān),由法拉第電磁感應(yīng)定律公式可能想到與線圈匝數(shù)有關(guān).）二．實(shí)驗(yàn)探究變壓器的變壓規(guī)律

（1）引導(dǎo)學(xué)生討論探究的方案

實(shí)驗(yàn)儀器為學(xué)生電源(低壓交流12V),可拆變壓器,多用電表(交流電壓檔);設(shè)計(jì)并畫出實(shí)驗(yàn)電路圖;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作步驟;記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以設(shè)計(jì)一個(gè)表格.組數(shù)U1（V）n1（匝）n2（匝）U2（V）1234（2）實(shí)驗(yàn)探究----控制變量法（3）引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù),并歸納出:在誤差范圍內(nèi)，原、副線圈電壓之比等于原、副線圈匝數(shù)之比三.理想變壓器的規(guī)律（1）理想變壓器模型的建立

在變壓器的電磁感應(yīng)過(guò)程中,電能和磁能的相互轉(zhuǎn)化是最主要的因素,而伴隨而來(lái)的損耗是一些次要因素.為了研究的方便,我們突出主要因素,忽略次要因素.這是科學(xué)研究的一種常用方法.那么我們可以把實(shí)際的變壓器抽象成理想變壓器——一個(gè)沒(méi)有能量損耗的理想變壓器.（2）變壓器主副線圈電壓、電流、功率關(guān)系推導(dǎo)法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用（回避源電動(dòng)勢(shì)和反電動(dòng)勢(shì)疊加的過(guò)程、相位差問(wèn)題），注意兩邊磁通量及其變化都相等，所以原、副線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為：，

即對(duì)于理想變壓器，導(dǎo)線電阻可以忽略，故

U1

=E1

，U2

=E2

（副線圈看成一個(gè)電源，電動(dòng)勢(shì)等于路端電壓）。所以，即即：理想變壓器原副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。如果n2＞n1

，則輸出電壓高，稱升壓變壓器；如果n2＜n1

，則輸出電壓低，稱降壓變壓器。【針對(duì)練習(xí)】一臺(tái)理想變壓器原線圈的匝數(shù)為4400匝，與220V的電源相連，當(dāng)副線圈接入額定電壓為36V的燈泡時(shí)，能夠正常發(fā)光。則變壓器副線圈匝數(shù)為（）A、36匝B、72匝C、720匝D、1440匝理想變壓器的功率關(guān)系和電流關(guān)系

師：試分析電流經(jīng)理想變壓器時(shí)，P入與P出滿足什么關(guān)系？生：理想變壓器輸出功率等于輸入功率，即P1=P2師：請(qǐng)同學(xué)們利用理想變壓器原副線圈電壓關(guān)系和功率關(guān)系，推導(dǎo)出原副線圈電流和匝數(shù)之間的關(guān)系。生：自己推導(dǎo)并交流討論。（學(xué)生敘述推導(dǎo)過(guò)程，得出結(jié)論）

電流關(guān)系：或n1I1

=n2I2師：理想變壓器電壓、功率及電流間不僅有上述關(guān)系，它們之間還有制約關(guān)系變壓器各量間的制約關(guān)系：1.輸入功率P1由輸出功率P2決定2.U1由電源決定；U2由U1和匝數(shù)比決定3.I2由U2和負(fù)載決定；I1由I2和匝數(shù)比決定【例】一理想變壓器，原線圈匝數(shù)N1＝1100，接在電壓220V的交流電源上，當(dāng)它對(duì)11只并聯(lián)的“36V，60W”的燈泡供電時(shí)，燈泡正常發(fā)光，由此可知副線圈的匝數(shù)N2＝，通過(guò)原線圈的電流I1＝?！踞槍?duì)練習(xí)】如圖所示，理想變壓器的輸入端電壓

（V），原副線圈的匝數(shù)之比為n1：n2=10：1；若圖中電流表讀數(shù)為

2A，則（）A．電壓表讀數(shù)為220VB．電壓表讀數(shù)為22VC．變壓器輸出功率為44WD．變壓器輸入功率為440W師：小結(jié)做題時(shí)的注意事項(xiàng)，引入四.幾種常用變壓器師：有沒(méi)有只用一組線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓的變壓器？（學(xué)生思考）1.自耦變壓器師：多媒體展示自耦變壓器的示意圖，引導(dǎo)學(xué)生分析自耦變壓器結(jié)構(gòu)，并知道如何利用自耦變壓器進(jìn)行降壓和升壓師：如何測(cè)量高壓線上的交流電壓、電流？引入：2.互感器圖（b）圖（b）A鐵芯圖（a）【例】鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。圖（a）中電流表的讀數(shù)為1.2A。圖（b）中用同一電纜線繞了3匝，則A.這種電流表能測(cè)直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4AC.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測(cè)直流電流，又能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6A師：總結(jié)小結(jié)做題時(shí)的注意事項(xiàng)，讓學(xué)生做“評(píng)測(cè)練習(xí)”【總結(jié)全課】在本節(jié)課學(xué)習(xí)中,我們學(xué)到了哪些知識(shí)使用了哪些思想方法請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)歸納.【作業(yè)布置】做課后鞏固題【板書(shū)設(shè)計(jì)】

變壓器一.變壓器構(gòu)造及原理二.實(shí)驗(yàn)探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系三.理想變壓器的規(guī)律四.幾種常見(jiàn)變壓器【學(xué)情分析】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)。但對(duì)變壓器原線圈兩端的電壓與原線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小關(guān)系這一知識(shí)點(diǎn)比較欠缺，在教學(xué)中需作出補(bǔ)充提示。

【效果分析】教材要求由實(shí)驗(yàn)得出理想變壓器的變壓規(guī)律，做好實(shí)驗(yàn)是本節(jié)教學(xué)的關(guān)鍵．為了培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究物理規(guī)律的能力，建議實(shí)驗(yàn)分兩步進(jìn)行．第一步，在法拉第電磁感應(yīng)定律的指導(dǎo)下，定性了解副線圈兩端的電壓與副線圈匝數(shù)有關(guān)系，從而確定第二步的研究方向：變壓器的輸入、輸出電壓及原、副線圈匝數(shù)的關(guān)系．第二步，介紹線圈和它的匝數(shù)，演示輸入電壓變化時(shí)輸出電壓變化的規(guī)律．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)分布在黑板上，給學(xué)生提供分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件，從而得到理想變壓器的變壓公式．運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律理論推導(dǎo)，進(jìn)而證實(shí)實(shí)驗(yàn)的正確性，通過(guò)題目進(jìn)行強(qiáng)化和應(yīng)用，總體效果不錯(cuò)?！窘滩姆治觥勘菊n是《交變電流》這一章中承上啟下的一節(jié)，是新課程中新內(nèi)容。學(xué)習(xí)變壓器可以使學(xué)生了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的廣泛應(yīng)用，開(kāi)闊學(xué)生視野，提高學(xué)習(xí)物理的能力和興趣，學(xué)習(xí)變壓器能夠從能的轉(zhuǎn)化和傳遞的角度進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，并為遠(yuǎn)距離輸電奠定基礎(chǔ)。與以往教材的不同之處是增加了“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”這一實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中要突出“探究”得出結(jié)論。變壓器的教學(xué)圍繞“變壓器為什么能夠變壓？”“變壓器是怎樣改變電壓和電流的？”等問(wèn)題為線索展開(kāi)教學(xué)過(guò)程的。采用定性分析和定量推導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的方法，先使學(xué)生初步理解互感現(xiàn)象，再通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn)得出電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系，然后通過(guò)理論分析得到理解的升華。教材是落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要載體，新教材的特點(diǎn)之一是“具有基礎(chǔ)性、豐富性和開(kāi)放性。”即學(xué)習(xí)內(nèi)容是基礎(chǔ)而豐富的，呈現(xiàn)形式是豐富而開(kāi)放的。本節(jié)教材配有小實(shí)驗(yàn)，思考與討論，簡(jiǎn)明扼要的文字說(shuō)明，貼近生活的圖片生動(dòng)而形象，開(kāi)闊眼界的科學(xué)漫步。教材對(duì)變壓器原理的表述比較淺，在處理時(shí)要將這部分內(nèi)容情境化，將靜態(tài)知識(shí)動(dòng)態(tài)化，利于學(xué)生理解透徹。

評(píng)測(cè)練習(xí)【當(dāng)堂達(dá)標(biāo)】1．理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2＝4：1，當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)切割磁感線時(shí)，圖中電流表A1的示數(shù)12mA，則電流表A2的示數(shù)為（）A．3mAB．0C．48mAD．與負(fù)載R的值有關(guān)2．下列關(guān)于理想變壓器的說(shuō)法中，正確的是(

)

A．輸入功率等于輸出功率B．輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能,再轉(zhuǎn)化為電能C．輸送的電能經(jīng)變壓器先轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,再轉(zhuǎn)化為電能

D．輸送的電能經(jīng)變壓器的鐵芯直接傳輸過(guò)去

3．正常工作的理想變壓器的原、副線圈中，數(shù)值上一定相等的是(

)A．電流的頻率

B．端電壓的峰值

C．電流的有效值

D．電功率

4．某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為55∶9，原線圈所接電源電壓按圖所示規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載。下列判斷正確的是(

)A．輸出電壓的最大值為36VB．原、副線圈中電流之比為55∶9C．變壓器輸入、輸出功率之比為55∶9D．交流電源有效值為220V，頻率為50Hz

5．對(duì)于理想變壓器,下列說(shuō)法中正確的是(

)

A．原線圈的輸入功率,隨著副線圈輸出功率的增大而增大

B．原線圈的輸入電流,隨著副線圈輸出電流的增大而增大

C．原線圈的電壓不隨副線圈的輸出電流變化而變化

D．副線圈的輸出電流隨負(fù)載電阻的增大而減小

6.為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導(dǎo)線電阻不計(jì)，如圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后（

）A．A1示數(shù)不變，A1與A2示數(shù)的比值不變B．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大C．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大D．V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變【課后鞏固】1．一個(gè)電壓互感器的變壓比為10∶1,副線圈接入交流電壓表的示數(shù)為220

V,則所測(cè)高壓電路中的電壓為_(kāi)_________

V．

2．如圖所示的理想變壓器,它的初級(jí)線圈接在交流電源上,次級(jí)線圈接一個(gè)標(biāo)有“12

V

60

W”的燈泡,已知變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比為10∶1,那么小燈泡正常工作時(shí),圖中的電壓表的讀數(shù)為_(kāi)_________

V,電流表的讀數(shù)為_(kāi)_________

A．3.如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，電壓表和電流表均為理想交流電表，從某時(shí)刻開(kāi)始在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式為，則（

）A．電壓表的示數(shù)為B．在滑動(dòng)變阻器觸頭P向上移動(dòng)的過(guò)程中，電流表A2的示數(shù)變小C．在滑動(dòng)變阻器觸頭P向上移動(dòng)的過(guò)程中，電流表A1的示數(shù)變大D．在滑動(dòng)變阻器觸頭P向上移動(dòng)的過(guò)程中，理想變壓器的輸入功率變小4.圖1中的變壓器為理想變壓器，原線圈的匝數(shù)n1與副線圈的匝數(shù)n2之比為10:1。變壓器的原線圈接如圖2所示的正弦式電流，兩個(gè)20Ω的定值電阻串聯(lián)接在副線圈兩端。電壓表V為理想電表。則()A．原線圈上電壓的有效值為100VB．原線圈上電壓的有效值約為70.7VC．電壓表V的讀數(shù)為5.0VD．電壓表V的讀數(shù)約為3.5V【能力提升】5.如圖8所示，有一理想變壓器，原線圈接在電壓一定的正弦交流電源上，副線圈電路中接入三個(gè)電阻R1、R2、R3，各交流電表的阻值對(duì)電路的影響不計(jì)，原來(lái)開(kāi)關(guān)s是斷開(kāi)的，當(dāng)開(kāi)關(guān)s閉合時(shí)，各電表的示數(shù)變化情況是(

)A．電流流A1示數(shù)變大B．電流表A2示數(shù)變大C．電壓表V1示數(shù)變小D．電壓表V2示數(shù)變小6.如圖所示,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭p逐漸向上移動(dòng)時(shí),接在理想變壓器兩端的四個(gè)理想電表示數(shù)（

）A．V1不變、V2不變、A1變大、A2變大

B．V1不變、V2不變、A1變小、A2變小C．V1變大、V2變大、A1變小、A2變小

D．V1變小、V2變小、A