高中物理-54變壓器教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

第4節(jié)變壓器

主要學(xué)習(xí)活動(dòng)

活動(dòng)1：自主學(xué)習(xí)：變壓器的構(gòu)造。

活動(dòng)2：自主學(xué)習(xí)：變壓器的原理。

活動(dòng)3：了解理想變壓器模型。

活動(dòng)4：探究：電壓與匝數(shù)的關(guān)系。

活動(dòng)5：自主探究：電流與匝數(shù)的關(guān)系。

預(yù)期的學(xué)習(xí)成果

1.知道變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.理解變壓器的工作原理

3.能夠理解理想變樂器模型的意義

4.會(huì)使用公式進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，能夠完成知識的遷移解決相關(guān)問題

學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

一、學(xué)生活動(dòng)

活動(dòng)1

拆開可拆式變壓器，觀察變壓器的組成：一個(gè)閉合鐵心和兩個(gè)繞在鐵心上的線圈。閉合

鐵心是由極薄彼此絕緣的硅鋼片疊壓而成。

將拆過的可拆式變壓器重新組裝完整，并按電路圖將一個(gè)線圈連接學(xué)生電源的交流輸出

端，另一個(gè)線圈連接小燈泡的兩端，觀察小燈泡是否會(huì)發(fā)光。

認(rèn)識變壓器結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號圖。

活動(dòng)2

思考并進(jìn)行討論交流：

(1)原線圈通過交流電時(shí)，在原線圈是否會(huì)產(chǎn)生磁場？

(2)所產(chǎn)生的磁場是恒定的還是變化的？

(3)副線圈中的磁場和原線圈的磁場變化規(guī)律是否相同？

(4)通過副線圈的變化的磁通量會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢嗎？

總結(jié)變壓器工作原理。

活動(dòng)3

結(jié)合以前所學(xué)的知識，討論交流變壓器的能量損耗及減小損耗的方法。

活動(dòng)4

設(shè)計(jì)交流試驗(yàn)方案；

交流試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論

討論交流：

（1）一理想變壓器，原線圈匝數(shù)為880匝，接到220V的交流旦源上，現(xiàn)要使副線圈

輸出的電壓10V,則這個(gè)副線圈為______匝，要使副線圈輸出的電壓為250V,則應(yīng)使它為

_______嘰

（2）一理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為1：22,原線圈兩端接10V干電池，則副線圈

兩端電壓為

活動(dòng)5

思考：副線圈電能的來源

推導(dǎo)：電流與匝數(shù)的關(guān)系

試總結(jié)本小節(jié)的收獲。

二、教師活動(dòng)

一、引入新課

問：將額定電壓3.8V的電珠，直接接在220V電源上會(huì)有什么樣的結(jié)果呢？（投影圖

片），如果這樣子連接，又有什么結(jié)果呢？

閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光。

問：中間的儀器有什么作用呢？

二、變壓器的原理

活動(dòng)1

請同學(xué)們觀察變壓器的實(shí)物投影，了解變壓器的基本結(jié)構(gòu)。

變壓器就是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈構(gòu)成的。

一個(gè)線圈跟電源連接，叫原線圈（初級線圈），另一個(gè)線圈跟負(fù)教連接，叫副線圈（次

級線圈）。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的。同學(xué)

們要認(rèn)識變壓器的構(gòu)造示意圖和電路符號。

原線

圈

副

峨圈

,|;鉗7/

0—t

4苣

」

活動(dòng)2

問：兩個(gè)線圈并沒有直接接觸，燈泡為什么亮了呢？這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么？

問：請同學(xué)們閱讀教材，思考變壓器的工作原理。

請學(xué)生回答，其它同學(xué)補(bǔ)充。

互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。在原線圈上加交變電壓t/i，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。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If中同樣引起感應(yīng)電動(dòng)勢。副線圈兩端的電壓就是這樣產(chǎn)生

的。所以，兩個(gè)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。

問：變壓器能改變穩(wěn)恒直流的電壓嗎？

三、電壓與匝數(shù)的關(guān)系

為了更好地認(rèn)識變壓器，特提出理想變壓器模型。

活動(dòng)3

在輸入電壓一定時(shí)，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？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

學(xué)生交流后，給出連接圖和可能用到的實(shí)驗(yàn)表格:

m(匝)n2(匝)Ui(V)U2(V)

注意事項(xiàng)：

(1)連接好電路后，同組同學(xué)分別獨(dú)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16V

(3)使用多用電表交流電壓檔測電壓時(shí)，先用最大量程測試，然后再用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測

量。

在學(xué)生完成后，展示數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)。思考：

1.變壓器的原線圈、副線圈的電壓與兩個(gè)線圈的匝數(shù)之間有4么關(guān)系？試寫出它們之

間的關(guān)系式。

---=---

U2n2

2.要使電壓經(jīng)過變壓器后電壓升高，副線圈的匝數(shù)比原線圈的匝數(shù)多還是少？若要使

電壓降低呢？

活動(dòng)4

變壓器在工作時(shí)，會(huì)有哪些能量的損失呢？

原、副線圈中的交變電流共同產(chǎn)生的磁通量，有一小部分漏到鐵芯外(漏磁)使得能量

有損失。同時(shí)實(shí)際變壓器都是有損耗的。

一只變壓器如果沒有漏磁，且能忽略各種損耗，那么這只變壓器便是無電能損耗的理想

變壓器。在這種情況下，變壓器輸出電功率必然等于輸入電功率，即Px=P出。大型變壓器

一般可以看成是理想變壓器。

理想化是科學(xué)研究中常用的重要方法，其要領(lǐng)是“分清主次，抓住主要矛盾”。建立理想

變壓器模型，不僅有理論上的意義，而且為提高實(shí)際變壓器效率指出了方向。

--------

U2n2

只適用于理想變壓器。實(shí)際上變壓器的工作效率都很高，在一般的計(jì)算中，可以把實(shí)際

變壓器視為理想變壓器

四、電流與匝數(shù)的關(guān)系

活動(dòng)5

變壓器在變壓的同時(shí)，電流強(qiáng)度一定發(fā)生改變。

問：從能量角度看，變壓器本身不能產(chǎn)生電能，副線圈的電能從何而來？

請同學(xué)們推導(dǎo)原、副線圈中的電流關(guān)系。

教師巡視指導(dǎo)，同學(xué)交流展示推導(dǎo)結(jié)果。

結(jié)論：/與〃成比；力和〃成比

一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器，原線圈匝數(shù)為小，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為

和〃3,相應(yīng)的電壓分別為5、U1和S,相應(yīng)的電流分別為L、/2和h,根據(jù)變壓器的

U,U,U,

工作原理可得：—L=^=—

n2%

由P入二P出得：（/,/1=U2I2+U3I3

得：nJ.=n2I2+n3I3

今日作業(yè)

1.閱讀研習(xí)課本P42

科學(xué)漫步互感器

2.完成課本P43

問題與練習(xí)

學(xué)情分析

學(xué)生通過前面《電磁感應(yīng)》整章的學(xué)習(xí)，對于電磁感應(yīng)現(xiàn)象、互感現(xiàn)象以及渦流現(xiàn)象有

了基本的掌握。通過《交變電流》前兩節(jié)的學(xué)習(xí)，也已掌握了交變電流的特點(diǎn)，已經(jīng)具有了

學(xué)習(xí)本節(jié)的必備知識。

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)踐探究物理規(guī)律，對科學(xué)探索的環(huán)節(jié)已有了

初步的了解，特別是對控制變量法的應(yīng)用已有了較深的體會(huì)，所以這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)作了必

要的方法儲(chǔ)備。

效果分析

針對學(xué)生現(xiàn)有的知識水平和認(rèn)知特點(diǎn)，本節(jié)課突出學(xué)生主體特征，通過情景、問題、實(shí)

驗(yàn)、合作、討論、交流等教學(xué)元素，注重探究式學(xué)習(xí)過程，采用定性分析和定量推導(dǎo)相結(jié)合、

實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)相結(jié)合的方法，使學(xué)生先在實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)現(xiàn)變壓器能變換交流電壓以及

交流電流并發(fā)現(xiàn)電壓，電流與線圈匝數(shù)之間存在的關(guān)系，然后從電磁感應(yīng)原理出發(fā)解釋和推

導(dǎo)這一關(guān)系。這樣處理，學(xué)生對變壓器的變換交流電壓，以及變換交流電流的原理理解將更

加深刻，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰屠碚摲治瞿芰⑼瑫r(shí)得以訓(xùn)練和培養(yǎng)。讓學(xué)生構(gòu)建關(guān)于變壓器的

新知識并注意知識目標(biāo)的落實(shí)，緊扣課程標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)成預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。

教材分析

1.教材簡析/地位

變壓器是交流電路中常見的一種電器設(shè)備，也是遠(yuǎn)距離輸送交流電不可缺少的裝置。本

節(jié)內(nèi)容是電磁感應(yīng)知識與交變電沈概念的綜合運(yùn)用，承上啟下，體現(xiàn)了交變電流的優(yōu)點(diǎn)。通

過這一節(jié)的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象更廣泛的應(yīng)用，并從能的轉(zhuǎn)化和傳遞的角度進(jìn)

一步強(qiáng)化對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的認(rèn)識，從而開拓學(xué)生的視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的能力和興趣。

同時(shí)，變壓器也是交流電路中一種常見的電器設(shè)備，是遠(yuǎn)距離輸送交變電流不可缺少的

裝置，通過這一節(jié)的學(xué)習(xí)為進(jìn)一步學(xué)習(xí)下一節(jié)電能的輸送奠定基礎(chǔ)。

2.知識結(jié)構(gòu)

節(jié)課主要由以下四個(gè)知識點(diǎn)組成：①變壓器的構(gòu)造②變壓器的工作原理③理想變壓器④

理想變壓器的規(guī)律。

評測練習(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.36VB.6VC.lVD.0V

2.當(dāng)理想變壓器副線圈空載時(shí)，副線圈的（）

A.負(fù)載電阻為0B.輸出電流為0

C.兩端電壓為0D.輸出功率為0

3.理想變壓器原、副線圈的電流為11.12,電壓為5、6,功率為Pi、P2,關(guān)于它們的關(guān)

系，正確的是（）

A./2由/1決定B.s與負(fù)載有關(guān)

C.Pi由P2決定D.Ui由S決定

4.一臺(tái)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為22團(tuán)1,當(dāng)原線圈兩端輸入5=220應(yīng)sin314tV的交

變電壓時(shí),下列說法正確的是（）

A.副線圈兩端電壓為12加V

B.副線圈接一10。電阻時(shí)，原線圈中的電流為1A

C.副線圈接一10。電阻時(shí)，原線圈中輸入功率為10W

D.變壓器鐵芯中磁通量變化率的最大值是220后V

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)教電阻均變?yōu)樵瓉淼?倍

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

7.在圖所示的電路中，理想變壓器的變壓比為2囹1,四個(gè)燈泡完全相同，若已知燈泡L3和

L4恰能正常工作，那么（）

11

左

A.G和心都能正常工作

B.G和乙都不能正常工作

CL和心中只有一個(gè)能正常工作

D.條件不足，無法判斷

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)比為電源電壓為U,求燈

n10n2=2131,8

兩端的電壓外為多少？

9.如圖中所示，理想變壓器B的原線圈跟副線圈的匝數(shù)比

交流電源電壓為熔斷電流為

ni0n2=201,5=220V,F21.0A

的保險(xiǎn)絲，負(fù)載為一可變電阻.

（1）當(dāng)電阻R=100Q時(shí)，保險(xiǎn)絲能否被熔斷？

（2）要使保險(xiǎn)絲不被熔斷，電阻R的阻值應(yīng)不小于多少?變壓

器輸出的電功率不能超過多少?

答案解析

1.解析：因?yàn)殡姵厥欠€(wěn)恒直流電源。

答案：D

點(diǎn)評：從變壓器的工作原理入手思考。

2.答案：BD

點(diǎn)評：空載相當(dāng)于負(fù)載電阻無窮大

3.解析：變壓器工作時(shí)，原線圈接在電源上，對理想變壓器來說，原線圈電壓5總等于電

源電壓，即5是由電源電壓決定，由3=”5知，對于一定變壓器來說區(qū)一定，U2

n\

是由5決定，當(dāng)5一定時(shí)，5是由"決定，即S與負(fù)載無關(guān)，即B和D錯(cuò)。由/產(chǎn)口.

/n}

5知，5和區(qū)確定時(shí)，S是確定的，而/2=幺，A為負(fù)載電阻，A變化時(shí)，a發(fā)生變

R

化，從而引起h發(fā)生變化，因此/】由/2決定，所以A錯(cuò).負(fù)載電阻變化，會(huì)引起副線圈

電流變化，從而引起輸出功率P1變化,P2變化又會(huì)引起Pl的變化,即凡是由P2決定的，

所以正確答案是C.

答案：C

點(diǎn)評：對于一定的變壓器來說，S由U］決定，。由〃決定，P1由P2決定

u〃

4.解析：原線圈兩端的電壓為5=220V,由變壓器的變壓比一L=-L得副線圈兩端電壓為

U2n2

l/2=10V,副線圈接一10Q電阻，副線圈中電流〃=1A,電功率42=5/2=10W,原線圈輸

入功率也為10W；由變壓器的變流比人■得依」-A,鐵芯中磁通量的變化率最

12%22

A0E

大值為一叱二口，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

△tn}

答案是C.

答案：C

點(diǎn)評：利用理想變壓器的關(guān)系求解

U2

S.解析：變壓器的輸入功率由輸出功率決定，即PAP出，輸出功率P出=下，U增大為原

來的2倍，負(fù)載電阻也變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí)，P出為原來2倍。

答案：D

點(diǎn)評：輸入功率由輸出功率決定

6.解析：根據(jù)以~="，P入=2出，即AUiKS，，2=上■得變壓器原線圈中的電流/i=

U,nR

-=仁=也）Q=（"）工,即輸入電流與色、小、5、月都有關(guān)系，5

U]U】RU\R%R

不變，要減小/i，需增大R的阻值，或增加原線圈匝數(shù)小，或減小副線圈匝數(shù)小.

答案：AD

點(diǎn)評：原線圈中電流由輸出電流決定

7.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(gè)相同的燈泡G、

每個(gè)燈泡正常工作時(shí)的實(shí)際電流都等于額定電流，因此副線圈中的電流等于一個(gè)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b、上的額定電流，從而判定：G、G都能正

常發(fā)光.

答案：A

點(diǎn)評：由電流和線圈匝數(shù)的關(guān)系分析。

8.解析：由串聯(lián)電路分壓原理可知U=U#Ui①

由變壓器原理可知：

1/101/2=201（2）

/10/2=1（32③

由歐姆定律可知：

UA=IIR④

UB=I2R⑤

聯(lián)立①?⑤式，得Us=§U

點(diǎn)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。

n〃

9.解析：由」=」得副線圈兩端的電壓

U2n2

n1

U=-2Ui=-x220V=110V

2ni2

（1）當(dāng)R=100C時(shí)，副線圈中電流

l/110

；2=—2=—A=1.10A

R100

由3/I=6/2得原線圈中的電流為

u2110

/i=-/2=——xl.10A=0.55A

U\220

由于AV/。（熔斷電流），故保險(xiǎn)絲不會(huì)熔斷.

（2）設(shè)電阻R取某一值得時(shí)，原線圈中的電流小剛好到達(dá)熔斷電流回即/i=0.1A,則