《變壓器》名師教案

1/7物理高二下人教版第五章《交變電流》第四節(jié)《變壓器》教學(xué)設(shè)計(jì)西安市西電中學(xué)孫濤一、教材、學(xué)情分析1、變壓器是人教版選修3-2第五章第4節(jié)的內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容承上啟下，既是電磁感應(yīng)、交變電流知識的綜合應(yīng)用，又為遠(yuǎn)距離輸電教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，《課程標(biāo)準(zhǔn)》對于變壓器的教學(xué)要求強(qiáng)調(diào)“通過實(shí)驗(yàn)，探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”。2、學(xué)生通過前面《電磁感應(yīng)》整章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)對磁生電、互感現(xiàn)象有了較為深刻的理解，交變電流的特點(diǎn)也比較清楚，已經(jīng)具備了學(xué)習(xí)變壓器這節(jié)內(nèi)容的必備知識。3、學(xué)生在以前的學(xué)習(xí)過程中已經(jīng)經(jīng)歷過通過實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律，對科學(xué)探究過程已有初步了解，特別是對控制變量法的應(yīng)用有了較深的體會。所以這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做了必要的方法準(zhǔn)備。二、核心素養(yǎng)在《變壓器》的學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生遷移應(yīng)用已有知識，經(jīng)歷、實(shí)踐科學(xué)探究的全過程。體會控制變量法、圖像法、分析綜合法研究物理規(guī)律的過程。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。三、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過觀察、體驗(yàn)，增強(qiáng)對變壓器結(jié)構(gòu)、工作原理的理性認(rèn)識。能較為精確的定量探究變壓器原副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。四、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：變壓器的結(jié)構(gòu)、工作原理是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)。難點(diǎn)：變壓規(guī)律既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。五、實(shí)驗(yàn)素材（1）演示實(shí)驗(yàn)：線圈、擴(kuò)音器、耳機(jī)線、電磁爐、自繞線圈、額定電壓220V燈泡、額定電壓2.5V小燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線若干。（2）定量實(shí)驗(yàn)：改裝教學(xué)可拆變壓器J2423型（增加輸入、輸出端口）1個(gè)、學(xué)生電源、多用電表、導(dǎo)線若干。六、教學(xué)過程課前：登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。根據(jù)優(yōu)教平臺上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)，針對性教學(xué)。（優(yōu)教提示：請登陸優(yōu)教平臺，發(fā)送本節(jié)預(yù)習(xí)任務(wù)）（一）提出問題，引入新課（1）提出問題：我們國家民用統(tǒng)一供電為220V，那么如何使這些額定電壓不是220V的用電器設(shè)備正常工作呢？（2）圖片展示：華為手機(jī)電源適配器（輸入電壓：100V-240V，輸出：5V）（二）創(chuàng)設(shè)情境，思考總結(jié)【實(shí)驗(yàn)一】“隔空傳聲”和“隔空取電”實(shí)驗(yàn)圖1隔空傳聲圖2隔空取電“隔空取電”實(shí)驗(yàn)：通過鐵芯的插入和拔出，聽聲音的變化，突出鐵芯對聲音信號強(qiáng)弱的影響?！案艨杖‰姟睂?shí)驗(yàn)：通過改變線圈匝數(shù)多少，看燈泡亮暗變化，突出匝數(shù)對電壓大小的影響。設(shè)計(jì)意圖：激趣設(shè)疑，引發(fā)思考兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，通過講解實(shí)驗(yàn)器材，重在引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引發(fā)思考。問題設(shè)置：通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)改變線圈匝數(shù)，可以用來改變電壓。那么，在生活生產(chǎn)中我們又是如何獲得我們所需要的電壓呢？引出變壓器教學(xué)，兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)銜接了電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，為變壓器結(jié)構(gòu)和工作原理教學(xué)做好鋪墊?！緦?shí)驗(yàn)二】體驗(yàn)變壓器鐵芯作用實(shí)驗(yàn)圖3觀察燈亮度變化圖4感受磁場能接通電路，提起鐵芯觀察小燈泡亮暗變化，同時(shí)在電路接通和未接通兩種情況下，讓學(xué)生親自感受鐵芯提起的難易程度，可增加電子秤定量比較變化。設(shè)計(jì)意圖：親身體驗(yàn)，深化理解變壓器原副線圈中的“電”是通過鐵芯中的“磁”來相互聯(lián)系的，感受鐵芯在變壓器工作過程中的作用。將鐵芯作用情境化，靜態(tài)知識動態(tài)化，利于學(xué)生深化理解。通過富有趣味的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和對變壓器的認(rèn)識，新舊知識得以重新整合，更加體現(xiàn)了本節(jié)課在教學(xué)中承前啟后的作用，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到電磁感應(yīng)知識和交變電流知識在生活生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，為后續(xù)學(xué)習(xí)樹立了信心，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。通過上面知識的學(xué)習(xí)，變壓器傳輸電能，改變電壓。那么，變壓器改變電壓有什么規(guī)律呢？通過“隔空取電”演示實(shí)驗(yàn)，我們初步認(rèn)識到與線圈匝數(shù)有關(guān)系？下面，通過設(shè)計(jì)定量探究實(shí)驗(yàn)，我們共同尋找變壓器變壓規(guī)律。（三）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究規(guī)律【實(shí)驗(yàn)三】定量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄孔儔浩髟本€圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)儀器：學(xué)生電源，改裝教學(xué)可拆變壓器(J2423型)1個(gè)，多用電表，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法、分析綜合法、圖像法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）n1、U1一定，研究U2與n2的關(guān)系（2）n2、U1一定，研究U2與n1的關(guān)系實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格。探究一：U1=2.48Vn1=100匝表1電壓U2與匝數(shù)n2n2/匝2004006008001000120014001500U2/V4.329.2514.2019.1624.0829.0533.9636.44測量數(shù)據(jù)輸入Excel表格，實(shí)驗(yàn)圖像的線性關(guān)系非常好，如圖5所示。圖5U2-n2圖像探究二：U1=2.63Vn2=800匝表2電壓U2與匝數(shù)n1n1/匝50100200300400U2/V37.1519.259.376.044.38測量數(shù)據(jù)輸入Excel表格，實(shí)驗(yàn)圖像如圖6所示。圖6U2-n1圖像類比：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系通過類比，引導(dǎo)學(xué)生分析電壓U2與匝數(shù)1/n1的關(guān)系，如表3所示：表3電壓U2與匝數(shù)1/n1n1/匝501002003004001/n10.020.010.0050.00330.0025U2/V37.1519.259.376.044.38測量數(shù)據(jù)輸入Excel表格，擬合圖像如圖7所示。圖7U2-1/n1圖像通過上面U2-n2，U2-1/n1圖像可得：探究三：分析綜合：對于k，引導(dǎo)學(xué)生分析U2-n2/n1圖像的斜率，近似等于U1，并結(jié)合量綱對k分析。如表4和圖8所示。表4電壓U2與匝數(shù)n2/n1(n2=800匝，U1=2.63V)n1匝n2/n1U2/V501637.15100819.2520049.373002.676.0440024.38圖8U2-n2/n1圖像得出結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，原、副線圈電壓之比等于原副線圈匝數(shù)之比，即（四）誤差分析，建立模型以探究1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電壓U1/U2總是大于匝數(shù)n1/n2，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行誤差分析，構(gòu)建理想化物理模型——理想變壓器。如表5和圖9所示。表5U1/U2與n1/n2數(shù)據(jù)比對（n1=100匝）n2/匝2004006008001000120014001500U2/V4.329.2514.2019.1624.0829.0533.9636.44n2/n1246810121415U2/U11.743.735.737.739.7111.713.7014.69圖9U1/U2與n1/n2數(shù)據(jù)比對圖像注：藍(lán)色（上方圖像）：n2/n1，紅色（下方圖像）：U2/U1設(shè)計(jì)意圖：通過誤差分析，回應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)中鐵桶中的水發(fā)熱現(xiàn)象，線圈中的熱效應(yīng)，鐵芯的鐵損都會對實(shí)驗(yàn)造成誤差，進(jìn)而建立理想變壓器模型，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)，事實(shí)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。（優(yōu)教提示：請打開素材“動畫演示：變壓器的結(jié)構(gòu)和原理”）（五）課堂訓(xùn)練（優(yōu)教提示：打開優(yōu)教配套習(xí)題，使用互動答題卡，更快更便捷地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況）七、板書設(shè)計(jì)變壓器（一）變壓器的構(gòu)造1、示意圖2、符號（二）變壓器的工作原理1、互感現(xiàn)象：變壓器只能改變交流電的電壓和電