高二物理變壓器教案

第四節(jié)變壓器【教學目標】1、了解運用變壓器的目的，知道變壓器的基本構(gòu)造，知道志向變壓器和實際變壓器的區(qū)分。2、知道變壓器的工作原理，會用法拉第電磁感應定律說明變壓器的變比關系。3、知道不同種類的變壓器?！窘虒W重點】變壓器的工作原理，互感過程的理解及電壓與匝數(shù)的關系?！窘虒W難點】互感過程的理解，變比關系的推導和理解【教學方法】演示、推理、學生試驗【教具】學生電源、可拆變壓器、溝通電壓表、小燈泡、多用電表（溝通電壓檔）【教學過程】引入新課今日我們要學習的是變壓器這一節(jié)，在進入新課前，我們來看這樣一組數(shù)據(jù)。投影：用電器額定工作電壓用電器額定工作電壓隨身聽3V機床上的照明燈36V掃描儀12V防身器3000V手機充電器4.2V4.4V5.3V黑白電視機顯像管幾萬伏錄音機6V9V12V彩色電視機顯像管十幾萬伏提問：我們發(fā)覺不同的用電器所需的額定電壓是不同的，但是我國民用供電電壓均為220V，怎樣才能讓這些工作電壓不同的用電器正常工作呢？回答：用我們今日所要學習的設備――變壓器。演示試驗：出示溝通電源，用溝通電壓表（量程10V）測其電壓為7V，若想用這個電源來使額定電壓為3V的小燈泡正常發(fā)光，明顯不能干脆接電源，我們就可以利用變壓器將電源電壓降下來后再接燈泡?，F(xiàn)象：燈泡能夠正常發(fā)光。這說明變壓器是能夠變更溝通電壓的設備。過渡：為什么變壓器會有這樣的功能呢？就讓我們先從變壓器的構(gòu)造說起。一、變壓器的構(gòu)造最典型的變壓器是由兩個線圈和閉合鐵芯構(gòu)成。展示可拆變壓器，左右各有一個線圈套在鐵芯上，其中一個與電源相連的稱為原線圈（或初級線圈），另一個與用電器相連的稱為副線圈（或次級線圈）。線圈是由絕緣的導線繞制的。閉合的鐵芯是由涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊加而成的。線圈與鐵芯彼此絕緣。投影：變壓器的示意圖，原副線圈的匝數(shù)一般是不同的，n1和n2分別表示原線圈和副線圈的匝數(shù)，U1和U2表示原線圈和副線圈的端電壓。提出疑問：從前面的試驗中看到燈泡能夠發(fā)光，說明副線圈兩端是有電壓的，但是線圈和鐵芯彼此絕緣，不行能將原線圈的電能干脆傳送到副線圈來，那么這個電壓是如何產(chǎn)生的呢？其實變壓器也是法拉第電磁感應現(xiàn)象的一種應用，我們可以詳細來分析變壓器是如何工作的。二、變壓器的工作原理分析：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，將鐵芯磁化并在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個交變的磁通量不但穿過原線圈，也穿過副線圈，所以也在副線圈中激發(fā)感應電動勢。假如副線圈兩端連著用電器，副線圈中就會產(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副線圈也穿過原線圈，所以也都會引起感應電動勢。把原線圈引起的總感應電動勢用E1表示，副線圈引起的總感應電動勢用E2表示。明顯，這一過程中原副線圈是相互感應的，我們就把原、副線圈中由于有交變電流而產(chǎn)生的相互感應的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象。因此，通過互感現(xiàn)象，副線圈中產(chǎn)生了感應電動勢，相當于一個電源可以對外供電了。提問學生：若是接直流電源的話，副線圈兩端還會有電壓嗎？演示試驗：接直流電時，燈泡不亮，副線圈兩端電壓為零。從能量的角度說明，接溝通電時，由于互感現(xiàn)象原線圈的電能先轉(zhuǎn)化為磁場能再轉(zhuǎn)化為副線圈的電能。而接直流電時，不能發(fā)生這樣的能量轉(zhuǎn)化。提問：在變壓器通過交變磁場傳輸電能的過程中，閉合鐵芯起什么作用？演示試驗：取下可拆變壓器的一塊鐵芯，使其不閉合，視察現(xiàn)象。發(fā)覺燈變暗了，甚至不亮，而重新加上鐵芯后，正常發(fā)光。說明：若沒有鐵芯，則磁感線漏失在空間中，只有一小部分穿過另一線圈，而加上鐵芯后可以使磁感縣絕大部分集中在鐵芯中，使得能量轉(zhuǎn)化的效率大大提高了。三、志向變壓器的變壓規(guī)律若將漏失的磁通量忽視不計，可認為穿過原副線圈的磁通量相同變更狀況也相同，則在每匝線圈中產(chǎn)生的感應電動勢是一樣的，但因為原副線圈的匝數(shù)不同，則有：E1=n1E2=n2由此可得=若將原線圈導線電阻忽視不計，則U1=E1。若將副線圈導線電阻忽視不計，則因為副線圈可以看成一個電源，忽視內(nèi)阻，電動勢等于路端電壓，U2=E2。因此：=像這樣忽視了原副線圈的電阻以及各種電磁能量損失的變壓器，稱為志向變壓器?？梢?，志向變壓器原副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)比。過渡：對于電壓與匝數(shù)間的關系我們可以自己動手做試驗驗證一下。學生試驗：1、介紹儀器ａ、4V學生溝通電源投影：ｂ、小型變壓器，不同于可拆變壓器，兩個線圈套在一起，每個線圈都標有匝數(shù)，鐵芯上下拼成日字形態(tài)，使線圈處于鐵芯的中間，這樣同樣能使得穿過原副線圈的磁通量相同。ｃ、萬用表，可以測量溝通電壓，先使得轉(zhuǎn)動旋鈕調(diào)在溝通電壓10V量程擋上，讀數(shù)可以在表盤上讀取，測量時干脆用表筆接觸接線柱。2、測量，并記錄數(shù)據(jù)n1n2n1/n2U1U2U1/U2601201:2120602:13、提問學生，并得到結(jié)論：ａ、在誤差范圍內(nèi)，有＝略有誤差是因為，此時忽視了原副線圈的電阻和漏磁。ｂ、假如n2＞n1，則輸出電壓高，稱升壓變壓器；假如n2＜n1，則輸出電壓低，稱降壓變壓器。對于志向變壓器而言，還有一個重要特點是將鐵芯中發(fā)熱的能量忽視不計。我們知道繞在在鐵芯上的線圈通溝通電后會在鐵芯中產(chǎn)生渦流，損失能量，但是鐵芯假如用薄硅鋼片疊加制成的話，可以使損失大大降低，甚至可以忽視不計。因此，志向變壓器輸入的電功率等于輸出的電功率，即P1=P2U1I1=U2I2由此可得，所以，志向變壓器的原副線圈的電流跟他們的匝數(shù)成反比。由這一關系，可知若是高壓線圈匝數(shù)多，但電流小，可用較細的導線，可以節(jié)約材料；若是低壓線圈匝數(shù)少但是電流大，就要用較粗的導線。所以，我們可以從導線的粗細來推斷其匝數(shù)的多少，進而推斷使升壓變壓器還是降壓變壓器。四、幾種常見的變壓器投影圖片1、自耦變壓器特點：只有一個線圈，滑動頭P變更位置時，輸出電壓也會變更若將整個線圈作原線圈，則n2＜n1為降壓變壓器，若將整個線圈作副線圈，則n2＞n1為升壓變壓器。2、互感器應用：用于將高電壓變成低電壓，或?qū)⒋箅娏髯兂尚‰娏鞯淖儔浩鳌＿@樣可以測量高電壓和大電流了。ａ、電壓互感器要求：原線圈并聯(lián)進電路，副線圈接溝通電壓表，原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)。ｂ、電流互感器要求：原線圈串聯(lián)進電路，副線圈接溝通電流表，