高中物理《變壓器》教案9新人教版選修32

第五章交變電流5．4變壓器★新課標(biāo)要求（一）知識與技能1．知道變壓器的構(gòu)造，了解變壓器的工作原理。2．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。（二）過程與方法在探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系中培養(yǎng)學(xué)生運用物理理想化模型分析問題、解決問題的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀1．使學(xué)生體會到能量守恒定律是普遍適用的。2．培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。★教學(xué)重點探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系?！锝虒W(xué)難點探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系?！锝虒W(xué)方法實驗探究法、閱讀法、講解法。★教學(xué)工具學(xué)生電源、可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡★教學(xué)過程（一）引入新課師：在實際應(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220V的電壓，機(jī)床上的照明燈需要36V的安全電壓。一般半導(dǎo)體收音機(jī)的電源電壓不超過10V，而電視機(jī)顯像管卻需要10000V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。［板書課題］變壓器（二）進(jìn)行新課1．變壓器的原理思考與討論：師：按上圖所示連接好電路，接通電源，觀察燈泡是否發(fā)光。生：燈泡亮了。師：兩個線圈并沒有直接接觸，燈泡為什么亮了呢？這個實驗說明了什么？生1：當(dāng)一個線圈中同交變電流時，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在另一個線圈中激起感生電場，從而產(chǎn)生感生電動勢，燈泡中有了感應(yīng)電流，故燈泡發(fā)光。生2：實驗說明，通過互感現(xiàn)象，電源的能量可以從一個線圈傳輸給另一個線圈。師：變壓器就是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈構(gòu)成的。一個線圈跟電源連接，叫原線圈（初級線圈），另一個線圈跟負(fù)載連接，叫副線圈（次級線圈）。兩個線圈都是絕緣導(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，如下圖所示：互感現(xiàn)象時變壓器工作的基礎(chǔ)。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。這個交變磁通量既穿過原線圈，也穿過副線圈，在原、副線圈中都要引起感應(yīng)電動勢。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)電動勢。副線圈兩端的電壓就是這樣產(chǎn)生的。所以，兩個線圈并沒有直接接觸，通過互感現(xiàn)象，副線圈也能夠輸出電流。師：在輸入電壓一定時，原線圈、副線圈取不同的匝數(shù)，副線圈輸出的電壓也不一樣，變壓器由此得名。那么，變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)有何關(guān)系呢？下面我們通過實驗來探究。實驗：目的：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系器材：可拆變壓器，學(xué)生電源，多用電表，導(dǎo)線若干實驗步驟：（1）按圖示電路連接電路（2）原線圈接低壓交流電源6V，保持原線圈匝數(shù)n1不變，分別取副線圈匝數(shù)n2=n1，n1，2n1，用多用電表交流電壓檔分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。（3）原線圈接低壓交流電源6V，保持副線圈匝數(shù)n2不變，分別取原線圈匝數(shù)n1=n2，n2，2n2，用多用電表交流電壓檔分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。U1＝6V實驗次數(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（4）總結(jié)實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論。注意事項：（1）連接好電路后，同組同學(xué)分別獨立檢查，然后由老師確認(rèn)，電路連接無誤才能接通電源。（2）注意人身安全。只能用低壓交流電源，電源電壓不能超過12V（3）使用多用電表交流電壓檔測電壓時，先用最大量程測試，然后再用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系師：從實驗中可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？生：原、副線圈兩端的電壓之比等于兩個線圈的匝數(shù)之比。師：寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。生：師：電流通過變壓器線圈是會發(fā)熱，鐵芯在交變磁場的作用下也會發(fā)熱。所以，變壓器工作時存在能量損失。沒有能量損失的變壓器叫做理想變壓器。，只適用于理想變壓器。實際上變壓器的工作效率都很高，在一般的計算中，可以把實際變壓器視為理想變壓器。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：因為理想變壓器沒有能量損失，所以P出=P入師：若理想變壓器只有一個副線圈，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：上式是理想變壓器只有一個副線圈時，原副線圈中的電流比公式。如果副線圈的電壓高于原線圈的電壓，這樣的變壓器叫升壓變壓器；如果副線圈的電壓低于原線圈的電壓，這樣的變壓器叫降壓變壓器。那么兩種變壓器的匝數(shù)關(guān)系如何？生：升壓變壓器，n2＞n1，降壓變壓器，n2＜n1。師：兩種變壓器原副線圈電流的大小關(guān)系如何？生：升壓變壓器，I2<I1，降壓變壓器，I2>I1。師：在繞制升壓變壓器原副線圈時，副線圈導(dǎo)線應(yīng)比原線圈導(dǎo)線粗一些好，還是細(xì)一些好？降壓變壓器呢？生：因為升壓變壓器，I2<I1，所以副線圈導(dǎo)線可以比原線圈導(dǎo)線細(xì)一些。降壓變壓器，I2>I1，所以副線圈導(dǎo)線要比原線圈導(dǎo)線粗一些。師：課后請大家閱讀教材47頁“科學(xué)漫步”，了解互感器的工作原理和應(yīng)用。（三）課堂總結(jié)、點評本節(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：沒有能量損失的變壓器，是理想化模型。有P輸出=P輸入（四）實例探究☆理想變壓器基本規(guī)律【例1】一個正常工作的理想變壓器的原副線圈中，下列的哪個物理量不一定相等（）A．交流的頻率 B．電流的有效值C．電功率 D．磁通量變化率解析：變壓器可以改變原副線圈中的電流，因此原副線圈中的電流不一定有相同有效值，所以選B.由于穿過原線圈的磁通量全部穿過副線圈，因而原副線圈的磁通量變化率相同，D錯.變壓器的工作基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)，副線圈中感應(yīng)的交流頻率與原線圈交流頻率是相同的，A錯.理想變壓器原線圈輸入功率等于副線圈輸出功率，因此C錯.答案：B點評：變壓器工作時，原副線圈電壓和電流不一定相同，但對理想變壓器來說，原副線圈一定相同的量有（1）電功率，（2）磁通量變化率，（3）交流的頻率☆理想變壓器的綜合應(yīng)用【例2】如圖所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流，則（）A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大B．保持U1及P的位置不變，K由b合到a時，R消耗功率減小C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大解析：K由a合到b時，n1變小，而得I1=I2由I2=，U2=U1所以I1=··U1，n2和R不變，n1減小時I1增大，所以A對。K由b合到a時，P2=，而U2=U1，所以P2=·.U1、n2和R不變，n1增大時P2減小，所以B對。P上滑時，R增大，由前I1=·，U1、n1和n2不變，R增大時，I1減小，所以C錯。U1增大時，由前I1=·，n1、n2和R不變，U1增大時，I1增大，所以D對。所以應(yīng)選A、B、D。答案：ABD點評：處理這類問題的關(guān)鍵是要分清變量與不變量，弄清理想變壓器中各量間的聯(lián)系和制約關(guān)系，在理想變壓器中，U2由U1和匝數(shù)比決定；I2由U2和負(fù)載電阻決定；I1由I2和匝數(shù)比決定【例3】如圖所示，接于理想變壓器的四個燈泡規(guī)格相同，且全部正常發(fā)光，求三個線圈的匝數(shù)比n1∶n2∶n3.解析：由于四個規(guī)格相同的燈泡都正常發(fā)光，所以三個線圈中的電流均相同，即I1=I2=I3=I.設(shè)n1、n2、n3三個線圈兩端的電壓分別為：U1、U2、U3，接在原線圈中燈泡兩端的電壓為U0，則有：U0=U3=，所以，，即設(shè)電源電壓為U，則有U=U0+U1根據(jù)理想變壓器輸入功率等于輸出功率，則有：UI=U0I+U2I+U3I，即UI=4U3I所以U=4U3，U1=U-U0=3U3即，即因此三個線圈的匝數(shù)比n1∶n2∶n3=3∶2∶1.點評：對理想變壓器來說，變壓公式和輸入功率等于輸出功率是普遍適用的規(guī)律，對于有幾個副線圈的理想變壓器，電流公式就不能使用了。（五）鞏固練習(xí)1．理想變壓器的原線圈的匝數(shù)為110匝，副線圈匝數(shù)為660匝，若原線圈接在6V的電池上，則副線圈兩端電壓為（）A.36V B.6VC.1V D.0V解析：因為電池是穩(wěn)恒直流電源。答案：D點評：從變壓器的工作原理入手思考。2．當(dāng)理想變壓器副線圈空載時，副線圈的（）A.負(fù)載電阻為0 B.輸出電流為0C.兩端電壓為0 D.輸出功率為0答案：BD點評：空載相當(dāng)于負(fù)載電阻無窮大3．理想變壓器原、副線圈的電流為I1、I2，電壓為U1、U2，功率為P1、P2，關(guān)于它們的關(guān)系，正確的是（）A.I2由I1決定 B.U2與負(fù)載有關(guān)C.P1由P2決定 D.U1由U2決定解析：變壓器工作時，原線圈接在電源上，對理想變壓器來說，原線圈電壓U1總等于電源電壓，即U1是由電源電壓決定，由U2=U1知，對于一定變壓器來說一定，U2是由U1決定，當(dāng)U1一定時，U2是由決定，即U2與負(fù)載無關(guān)，即B和D錯。由I1=U1知，U1和確定時，U2是確定的，而I2=，R為負(fù)載電阻，R變化時，I2發(fā)生變化，從而引起I1發(fā)生變化，因此I1由I2決定，所以A錯.負(fù)載電阻變化，會引起副線圈電流變化，從而引起輸出功率P2變化，P2變化又會引起P1的變化，即P1是由P2決定的，所以正確答案是C.答案：C點評：對于一定的變壓器來說，U2由U1決定，I1由I2決定，P1由P2決定4．一臺理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為22∶1，當(dāng)原線圈兩端輸入u1=220sin314tV的交變電壓時，下列說法正確的是（）A.]副線圈兩端電壓為12VB.副線圈接一10Ω電阻時，原線圈中的電流為1AC.副線圈接一10Ω電阻時，原線圈中輸入功率為10WD.變壓器鐵芯中磁通量變化率的最大值是220V解析：原線圈兩端的電壓為U1=220V，由變壓器的變壓比=得副線圈兩端電壓為U2=10V，副線圈接一10Ω電阻，副線圈中電流I2=1A，電功率P2=U2I2=10W，原線圈輸入功率也為10W；由變壓器的變流比得I1=A，鐵芯中磁通量的變化率最大值為，由于具體的匝數(shù)未知，所以磁通量變化率的最大值未知.所以正確答案是C.答案：C點評：利用理想變壓器的關(guān)系求解5．一理想變壓器原線圈接交流、副線圈接電阻，下列哪些方法可使輸入功率增加為原來的2倍（）A.次級線圈的匝數(shù)增加為原來的2倍B.初級線圈的匝數(shù)增加為原來的2倍C.負(fù)載電阻變?yōu)樵瓉淼?倍D.副線圈匝數(shù)和負(fù)載電阻均變?yōu)樵瓉淼?倍解析：變壓器的輸入功率由輸出功率決定，即P入=P出，輸出功率P出=，U增大為原來的2倍，負(fù)載電阻也變?yōu)樵瓉淼?倍時，P出為原來2倍。答案：D點評：輸入功率由輸出功率決定6．用理想變壓器給負(fù)載R供電，下列哪些辦法可以減小變壓器原線圈中的電流（）A．增加原線圈的匝數(shù)B．增加副線圈的匝數(shù)C．減小負(fù)載電阻R的數(shù)值D．增加負(fù)載電阻R的數(shù)值解析：根據(jù)，P入=P出，即I1U1=I2U2，I2=得變壓器原線圈中的電流I1=，即輸入電流與n1、n2、U1、R都有關(guān)系，U1不變，要減小I1，需增大R的阻值，或增加原線圈匝數(shù)n1，或減小副線圈匝數(shù)n2.答案：AD點評：原線圈中電流由輸出電流決定7．在圖所示的電路中，理想變壓器的變壓比為2∶1，四個燈泡完全相同，若已知燈泡L3和L4恰能正常工作，那么（）A.L1和L2都能正常工作B.L1和L2都不能正常工作C.L1和L2中只有一個能正常工作D.條件不足，無法判斷解析：根據(jù)電流與線圈匝數(shù)的關(guān)系進(jìn)行分析，由于副線圈兩端并聯(lián)著兩個相同的燈泡L3、L4，每個燈泡正常工作時的實際電流都等于額定電流，因此副線圈中的電流等于一個燈泡額定電流的兩倍；根據(jù)原、副線圈的電流與匝數(shù)成反比，可知原線圈中的電流等于副線圈中電流的二分之一，即恰好等于燈泡L1、L2的額定電流，從而判定：L1、L2都能正常發(fā)光.答案：A點評：由電流和線圈匝數(shù)的關(guān)系分析。8．如圖所示，理想變壓器的原、副線圈分別接有相同的白熾燈，原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2=2∶1，電源電壓為U，求B燈兩端的電壓UB為多少?解析：由串聯(lián)電路分壓原理可知U=UA+U1 ①由變壓器原理可知：U1∶U2=2∶1 ②I1∶I2=1∶2 ③由歐姆定律可知：UA=I1R ④UB=I2R ⑤聯(lián)立①~⑤式，得UB=U點評：原線圈上串有燈泡，燈泡與原線圈上電壓的分配遵循串聯(lián)電路的分壓原理。9．如圖