1、教學(xué)設(shè)計(jì)(二)教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1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。2理解理想變壓器原、副線圈中電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題。3知道課本中介紹的幾種常見的變壓器。二、技能目標(biāo)1用電磁感應(yīng)去理解變壓器的工作原理，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。2講解理想變壓器使學(xué)生了解建立物理模型的意義。三、情感態(tài)度目標(biāo)1使學(xué)生體會(huì)到能量守恒定律是普遍適用的。2培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)變壓器工作原理。變壓器是如何將原線圈的電能傳輸給副線圈的。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)探究、演繹推理。教學(xué)用具可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡、自耦變壓器、調(diào)壓器、導(dǎo)線等。課時(shí)安排

2、1課時(shí)引入新課師在實(shí)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220 V的電壓，機(jī)床上的照明燈需要36 V的安全電壓。一般半導(dǎo)體收音機(jī)的電源電壓不超過10 V，而電視機(jī)顯像管卻需要10 000 V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(shí)。新課教學(xué)1變壓器原理師出示可拆變壓器，引導(dǎo)學(xué)生觀察，變壓器主要由哪幾部分構(gòu)成？生變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的。一個(gè)線圈跟電源連接，叫原線圈

3、(初級(jí)線圈)，另一個(gè)線圈跟負(fù)載連接，叫副線圈(次級(jí)線圈)。兩個(gè)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(hào)，如下圖所示：演示將原線圈接照明電源，交流電壓表接到不同的副線圈上，觀察交流電壓表是否有示數(shù)。生電壓表有示數(shù)且示數(shù)不同。師變壓器原、副線圈的電路并不相同，副線圈兩端的交流電壓是如何產(chǎn)生的？請(qǐng)同學(xué)們從電磁感應(yīng)的角度去思考。生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(gè)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(dòng)勢(shì)。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，

4、在原、副線圈中同樣引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。副線圈兩端的電壓就是這樣產(chǎn)生的。師物理上把原、副線圈中由有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象。互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。生變壓器的鐵芯起什么作用？師如果無鐵芯，并排放置的原、副線圈也發(fā)生互感現(xiàn)象，但原、副線圈所激發(fā)的交變磁場(chǎng)的磁感線只有一小部分穿過對(duì)方，漏失的磁感線不會(huì)在原、副線圈中傳送電能。如有鐵芯，由于磁化，絕大部分磁感線集中在鐵芯內(nèi)部，大大提高了變壓器的效率。生原、副線圈中，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小跟什么有關(guān)系？師與線圈中磁通量變化率及線圈匝數(shù)成正比。師生共同活動(dòng)：(1)實(shí)驗(yàn)探究得出理想變壓器的變壓比關(guān)系。(2)推導(dǎo)理想變壓器的變壓比公式。設(shè)原線圈的匝數(shù)

5、為N1，副線圈的匝數(shù)為N2，穿過鐵芯的磁通量為，則原副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為E1N1E2N2在忽略漏磁的情況下，12，由此可得在忽略線圈電阻的情況下，原線圈兩端的電壓U1與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1相等，則有U1E1；副線圈兩端的電壓U2與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2相等，則有U2E2。于是得到師請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材，回答下列問題：(1)什么叫理想變壓器？(2)什么叫升壓變壓器？(3)什么叫降壓變壓器？(4)電視機(jī)里的變壓器和復(fù)讀機(jī)里的變壓器各屬于哪一類變壓器？生1忽略原、副線圈的電阻和各種電磁能量損失的變壓器，叫做理想變壓器。生2當(dāng)N2N1時(shí)，U2U1，這樣的變壓器叫升壓變壓器。生3當(dāng)N2N1時(shí)，U2U1，這樣的變

6、壓器叫降壓變壓器。生4電視機(jī)里的變壓器將220 V電壓升高到10 000 V以上屬升壓變壓器；復(fù)讀機(jī)的變壓器將220 V電壓降到6 V，屬于降壓變壓器。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P出P入師若理想變壓器只有一個(gè)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U(xiǎn)1I1及P出P入得：U2I2U1I1則：師繞制原副線圈的導(dǎo)線粗細(xì)一樣嗎？生粗細(xì)不一樣。高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，用較細(xì)的導(dǎo)線；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，用較粗的導(dǎo)線。2幾種常見的變壓器師變壓器的種類很多，請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材，了解幾種常見的變壓器，并回答下列問題：(1)互感器分為哪

7、幾類？(2)電壓互感器的作用是什么？(3)電流互感器的作用是什么？生1互感器分為兩類，即電壓互感器和電流互感器。生2電壓互感器用來把高電壓變成低電壓。它的原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈上接入交流電壓表，根據(jù)電壓表測(cè)得的電壓U2和變壓比，就可以算出高壓電路中的電壓。生3電流互感器用來把大電流變成小電流。它的原線圈串聯(lián)在被測(cè)電路中，副線圈上接入交流電流表。根據(jù)電流表測(cè)得的電流I2和變流比，可以算出被測(cè)電路中的電流。課堂小結(jié)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：忽略一切電磁損耗，有P輸出P輸入4日常生活和生

8、產(chǎn)中使用各種類型的變壓器，但它們遵循同樣的原理。作業(yè)(略)4變壓器變壓器優(yōu)化訓(xùn)練1理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1n2101，如圖所示。在原線圈中輸入交變電壓，其瞬時(shí)表達(dá)式為u1220sin100t V，在副線圈兩端接入一燈泡和一只交流電壓表，下面說法正確的是()A電壓表的示數(shù)為22 VB電壓表的指針周期性左右偏轉(zhuǎn)C輸出交變電壓頻率減為5 HzD燈泡承受電壓的最大值是220 V2如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈分別由雙線ab和cd(匝數(shù)都為n1)，ef和gh(匝數(shù)都為n2)組成，用I1和U1表示輸入電流和電壓，I2和U2表示輸出電流和電壓。在下列四種連接中，符合，的是() Ab與c相接，以a

9、、d為輸入端；f與g相連，以e、h為輸出端Bb與c相連，以a、d為輸入端；e與g相連，f與h相連為輸出端Ca與c相連，b與d相連為輸入端；f與g相連，以e、h為輸出端Da與c相連，b與d相連為輸入端；e與g相連，f與h相連為輸出端3如圖所示的理想變壓器供電線路中，若將開關(guān)S閉合，電流表A1的示數(shù)將，電流表A2的示數(shù)將，電流表A3的示數(shù)將，電壓表 V1的示數(shù)將，電壓表 V2將。(不考慮輸電線電壓損耗) 4如下圖，在a、b兩端與e、f兩端分別加上220 V交流電壓時(shí)，測(cè)得c、d間與g、h間電壓均為110 V，若分別在c、d間與g、h間加110 V電壓，則a、b間與e、f間電壓分別為() A220

10、V，220 VB220 V，110 VC110 V，110 VD220 V，05在繞制變壓器時(shí)，將兩個(gè)線圈繞在如圖變壓器鐵芯的左右兩臂上，當(dāng)通以交流電時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間的臂。已知線圈1、2的匝數(shù)比N1N221，在不接負(fù)載情況下() A當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時(shí)，線圈2輸出電壓110 VB當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時(shí)，線圈2輸出電壓55 VC當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時(shí)，線圈1輸出電壓220 VD當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時(shí)，線圈1輸出電壓110 V參考答案：1A2.A3. 變大不變變大不變不變4B5.BD理想變壓器與實(shí)際變壓器理想變壓器是對(duì)實(shí)際變

11、壓器作理想化處理后得到的結(jié)果。中學(xué)物理教材對(duì)變壓器的討論，都是在理想化基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即認(rèn)為變壓器線圈電阻為零，磁通量全部集中在鐵芯中以及變壓器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部損耗忽略不計(jì)。由此導(dǎo)出原、副繞組的電壓平衡方程：U1E1，U2E2；電壓關(guān)系：；電流關(guān)系：和功率傳輸關(guān)系：P1P2。上述關(guān)系基本上反映了變壓器的運(yùn)行規(guī)律，但理想變壓器與實(shí)際變壓器存在一定的差距，在某些條件下，這種差距還相當(dāng)大，以致個(gè)別公式并不適用。下面從四個(gè)方面作進(jìn)一步分析。(1)原、副繞組的電壓平衡方程實(shí)際變壓器考慮了線圈電阻以及漏磁的影響，因此其電壓平衡方程為：空載時(shí)110R1j0X1，22；負(fù)載運(yùn)行時(shí)111R1j1X1，222R2j2X2

12、。式中R1、X1和R2、X2分別為原、副繞組的電阻和漏電抗，0為空載電流，2為副邊開路電壓。由于電流1(I0)在R1、X1上的壓降與主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1相比數(shù)值很小，可以忽略，故有11。同理，如將2在R2和X2上產(chǎn)生的壓降忽略，則在空載和負(fù)載下，均有22。僅考慮數(shù)值大小，我們就得到了理想變壓器的電壓平衡方程：11，22。不過從下面的分析可知，U2E2的處理是近似的。(2)原、副繞組的電壓關(guān)系式變壓器的外特性曲線對(duì)于實(shí)際變壓器，空載時(shí)有U1E1，U20E2，因此。負(fù)載時(shí)從圖所示的外特性曲線可知，當(dāng)負(fù)載為電阻性及電感性時(shí)，U2隨I2的增大而下降，并且功率因數(shù)cos2愈小，U2下降愈厲害；當(dāng)負(fù)載為電容性時(shí)，U2隨I2的增大而升高，U2E2，故。不過由于電壓變動(dòng)率一般在5%左右，所以近似認(rèn)為，即理想變壓器的電壓關(guān)系成立。(3)原、副繞組的電流關(guān)系由磁勢(shì)平衡方程，可得到實(shí)際變壓器原、副繞組的電流關(guān)系：102。因?yàn)樽儔浩鬟\(yùn)行在額定負(fù)載時(shí)，0只占1的百分之幾，故可略去，即有12。如只考慮數(shù)值關(guān)系，則有，這就是理想變壓器的電流關(guān)系式。這里我們要指出，當(dāng)變壓器運(yùn)行在輕載或空載狀態(tài)時(shí)，I1/I2N2/N1不成立，原因是此時(shí)0與1相比，絕對(duì)不可以忽略。(4)功率傳輸關(guān)系及效率效率曲線實(shí)際變壓器輸入、輸出功率關(guān)系為P1PFePCuP2，式中PFe為鐵損