《第2節(jié)變壓器》教學(xué)設(shè)計(jì)(貴州省市級優(yōu)課)-物理教案

《變壓器》教學(xué)設(shè)計(jì)六盤水市第八中學(xué)張麗純教學(xué)目標(biāo)：1、知識與技能：知道變壓器的構(gòu)造以及變壓器的工作原理；變壓器原、副線圈匝數(shù)的關(guān)系；結(jié)合輸入功率等于輸出功率得到電流與匝數(shù)的關(guān)系。2、過程與方法：學(xué)生經(jīng)歷了探究鐵芯作用及工作原理的兩個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)，明白變壓器的構(gòu)造及其利用互感現(xiàn)象的工作原理。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：學(xué)生自己動手弄清本質(zhì)，加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生活的聯(lián)系。教學(xué)重點(diǎn)：變壓器的工作原理及工作規(guī)律教學(xué)難點(diǎn)：變壓器鐵芯是否帶電即如何將電能從原線圈傳輸?shù)礁本€圈；掌握變壓器工作規(guī)律公式中符號所代表的物理量的含義。實(shí)驗(yàn)器材：兩個(gè)額定電壓為4Ｖ的線圈、額定電壓為２.５Ｖ的小燈泡、學(xué)生電源、導(dǎo)線若干、鐵芯（從鐵架臺上拆下來的鐵柱）、變壓器教材分析：本節(jié)內(nèi)容為山東科學(xué)技術(shù)出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-2，其中的第四章第二節(jié)“變壓器”。在高考中屬于=2\*ROMANII類考點(diǎn)，體現(xiàn)電磁感應(yīng)及互感現(xiàn)象在實(shí)際生活中的應(yīng)用。新課引入如今我們的生活已經(jīng)離不開電。我們每天都要用電燈、看電視......。請問，家庭用電電路的電壓是多少伏？（答：220伏）人體的安全電壓是多少？（答：36伏）因此，220伏電壓是會對人的生命安全構(gòu)成威脅的。（展示手機(jī)充電器，并將它插入家庭電源，手摸充電器另一端）但現(xiàn)在，我將手機(jī)充電器插入到了220伏的電源電壓，手摸充電器另一端，我的身體并沒有感覺到任何不適！是我有特異功能嗎？那為什么220伏的電壓經(jīng)手機(jī)充電器后會減低到人體的安全電壓以內(nèi)呢?帶著這個(gè)問題我們進(jìn)入到今天的內(nèi)容學(xué)習(xí)。進(jìn)入新課1820奧斯特證實(shí)了通電導(dǎo)線周圍存在著磁場。在一個(gè)線圈兩端加上電壓U1：有了U1有了U1，在回路中就會形成電流I1，線圈中有電流，由電生磁，在空間就會激發(fā)磁場B。現(xiàn)在在該線圈旁邊放入另一個(gè)線圈回路。我們將與電源相連的線圈稱為原線圈，與燈泡相連的線圈稱為副線圈：因有磁場B通過副線圈，所以在副線圈這個(gè)面內(nèi)有磁通量Φ因有磁場B通過副線圈，所以在副線圈這個(gè)面內(nèi)有磁通量Φ。 若所加的電壓U1是交變電壓：ΔU1ΔI1ΔB副線圈ΔΦ，問：當(dāng)穿過副線圈中的磁通量Φ發(fā)生變化時(shí)，由法拉第電磁感應(yīng)定律，在副線圈兩端會激發(fā)出什么？答：副線圈兩端會激發(fā)感應(yīng)電動勢E'若E'大小接近小燈泡額定電壓，則燈泡會發(fā)光。由桌上現(xiàn)有器材，我們來驗(yàn)證剛才所提到的理論：給原線圈通交變電壓U1,與副線圈相連的小燈泡會亮。實(shí)驗(yàn)1目的：探究鐵芯的作用（用ppt展示實(shí)驗(yàn)?zāi)康募安襟E）實(shí)驗(yàn)步驟：1、原線圈接入4V的交流電壓，副線圈與小燈泡相連，打開電源，將副線圈以任意形式靠近原線圈，觀察小燈泡是否發(fā)光。關(guān)閉電源。問：若小燈泡沒亮，原因是什么？答：理論依據(jù)是不會有問題的，原因只能是E'<<U燈額。問：為什么副線圈中的E'會這么??？分析：，在n、s不變的情況下，E'小，是因?yàn)樾　６⒏本€圈磁場變化是同步的，在相等的變化時(shí)間里就意味著是ΔB小。問：副線圈中ΔB為什么?。看穑阂?yàn)樵€圈產(chǎn)生的磁場在傳輸?shù)礁本€圈的過程中，磁場損失太嚴(yán)重，即漏磁太嚴(yán)重！問：那么怎樣減小這種漏磁呢？2、將原、副線圈穿過同一鐵芯，打開電源，并使兩線圈相互靠近，在靠近的過程中燈泡是否亮了起來？問：根據(jù)前面的分析，小燈泡為什么現(xiàn)在亮起來了？答：有了鐵芯后，磁場從原線圈到副線圈傳輸?shù)倪^程中漏磁減小了。問：因而，鐵芯在此的作用是什么？答：鐵芯的作用--束縛磁場，導(dǎo)磁！3、打開電源，將副線圈逐漸遠(yuǎn)離原線圈，觀察小燈泡亮度變化情況。關(guān)閉電源。問：在副線圈逐漸遠(yuǎn)離原線圈過程中小燈泡亮度如何變化？答：越來越暗，最后熄滅。分析：這說明我們實(shí)驗(yàn)中所用的這種鐵芯雖可以束縛磁場，起導(dǎo)磁作用，但依然存在少量的漏磁。實(shí)驗(yàn)2目的：探究實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理（4）將原、副線圈通過鐵芯靠近，原線圈接入4V的直流電壓，打開電源，觀察小燈泡是否亮了。關(guān)閉電源。問：小燈泡是否亮了？答：沒亮問：為什么在有鐵芯情況且原、副線圈靠近的情況下，只是將與原線圈相連的電源由交流改成直流，燈泡就不亮了呢？答：U1不變I1不變B不變副線圈Φ不變，所以副線圈兩端不會有感應(yīng)電動勢E'。問：因此，只有穿過副線圈磁場量Φ發(fā)生變化，副線圈中才有感應(yīng)電動勢E'，這是什么現(xiàn)象？（提示：是“磁生電”還是“電生磁”?)答：電磁感應(yīng)現(xiàn)象。問：副線圈中有感應(yīng)電流，是因?yàn)樵€圈中電流變化而引起的，這屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的“自感現(xiàn)象”還是“互感現(xiàn)象”答：互感現(xiàn)象板書：工作原理（互感現(xiàn)象）問：根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象原理，副線圈中電能E'是誰提供的？是鐵芯嗎？鐵芯導(dǎo)電嗎？（提示：鐵芯中B變化，副線圈中才會有E'，變化的B具有磁場能）答：是由鐵芯中交變磁場所具有的磁場能轉(zhuǎn)化而來。板書：磁場能電能問：鐵芯中的交變磁場是誰產(chǎn)生的？答：原線圈中交變電壓產(chǎn)生的。問：那么鐵芯中的磁場能是原線圈中什么能轉(zhuǎn)化而來的？答：是由原線圈中的電能轉(zhuǎn)化而來。板書：電能磁場能電能過渡：因此，我們實(shí)驗(yàn)中由原線圈、鐵芯、副線圈所組成的裝置可以達(dá)到傳輸電能的目的。但在傳輸電能的過程中，前面提到過，這種材料及形狀的鐵芯依然存在少量漏磁現(xiàn)象。所以該裝置還需要改進(jìn)?，F(xiàn)在，將鐵芯改裝為順著磁路走一圈，變成閉合鐵芯，這樣就能更好地束縛磁場了。我們把由原線圈、閉合鐵芯、副線圈組成的能傳輸電能的裝置叫做變壓器。4.2變壓器（展示變壓器的實(shí)物）這就是變壓器，由兩個(gè)線圈及閉合鐵芯組成。一、結(jié)構(gòu)：=1\*GB3①線圈=2\*GB3②閉合鐵芯這里的閉合鐵芯由硅鋼片疊合而成，線圈是由漆包線繞制而成。原線圈的匝數(shù)用n1表示，原線圈兩端的電壓為輸入電壓，符號是U1，流過原線圈的電流為I1，副線圈的匝數(shù)用n2表示，副線圈兩端的電壓為輸出電壓，符號是U2,流過副線圈的電流為I2。我們剛剛實(shí)驗(yàn)所用的原、副線圈、鐵芯組合起來的裝置也是變壓器，是比較簡陋的變壓器。雖然現(xiàn)在把一般的鐵芯改裝成由硅鋼片疊合而成的閉合鐵芯了，但其工作原理不變。工作原理（互感現(xiàn)象）電能磁場能電能依然是利用互感現(xiàn)象使副線圈獲得交變電壓，并且只是在完成傳輸電能的目的。過渡：如果變壓器在傳輸電能的過程中忽略各種能量的損耗，我們把這樣的變壓器稱為理想變壓器。三、理想變壓器大型變壓器的工作效率可以達(dá)到97％到99％，因而都可視為理想變壓器。問：對于理想變壓器，若從原線圈輸入電能W，那么從副線圈輸出的電能是大于、小于還是等于W？答：W入=W出因?yàn)閃入=W出，在相等的作用時(shí)間t內(nèi)，就有P入=P出1、功率：P入=P出Ｕ１?Ｉ１＝Ｕ２?Ｉ２過渡：由上式可以看出，變壓器在傳輸電能的過程中，原、副線圈兩端的功率Ｐ不變，那么原、副線圈兩端的電壓是否也不變呢？接下來我們用實(shí)驗(yàn)探究變壓器的變壓規(guī)律。實(shí)驗(yàn)3目的：探究變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)步驟：（演示操作，并由兩個(gè)學(xué)生分別讀數(shù)和往表格中輸入數(shù)據(jù)）2000.58000.12514000.07142857120028000.514000.285714286由實(shí)驗(yàn)結(jié)果提問：問：由表格中的和的數(shù)值，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，我們可以得到什么結(jié)論？答：等于，即原、副線圈兩端的電壓之比等于匝數(shù)之比。２、變壓規(guī)律：＝由電壓比值與匝數(shù)比值的關(guān)系可以看出，若n2>n1,則U2>U1，輸出電壓比輸入電壓大，該變壓器是升壓變壓器。反之，是降壓變壓器。由Ｕ１?Ｉ１＝Ｕ２?Ｉ２３、變流規(guī)律：現(xiàn)在回到我們剛上課時(shí)提到的問題，為什么220V交流電經(jīng)手機(jī)充電器后會降低到人體的安全電壓以內(nèi)呢？（展示手機(jī)電池）我這里有一個(gè)手機(jī)電池，鋰離子電池。額定電壓４.２伏，可充電電壓３.７伏?？梢?，手機(jī)充電器內(nèi)必然含有一個(gè)降壓變壓器。當(dāng)然，手機(jī)充電器內(nèi)不僅含有高頻小型變壓器這一個(gè)裝置，其內(nèi)部還包含了整流裝置，濾波裝置及穩(wěn)壓裝置。有關(guān)充電器相關(guān)知識大家可下去多查閱資料。（用ppt展示手機(jī)充電器的內(nèi)部實(shí)物圖）（三）、課堂練習(xí)：某手機(jī)充電器中有一高頻小型變壓器，將220伏的高頻交流電輸送到該變壓器的輸入端，在變壓器的輸出端產(chǎn)生了5伏的高頻低壓電。該高頻低壓電經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波變成4.2V的直流電給手機(jī)電池。請問，此手機(jī)充電器中高頻小型變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少？、