高中物理《變壓器》教案

　　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(yùn)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(jià)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(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

　　★教學(xué)重點(diǎn)

　　探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。

　　★教學(xué)難點(diǎn)

　　探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。

　　★教學(xué)方法

　　實(shí)驗(yàn)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(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10000 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。

　　（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(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？

　　生1：當(dāng)一個(gè)線圈中同交變電流時(shí)，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在另一個(gè)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(shí)驗(yàn)說明，通過互感現(xiàn)象，電源的能量可以從一個(gè)線圈傳輸給另一個(gè)線圈。

　　師：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)載連接，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。

　　師：畫出變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖和符號，互感現(xiàn)象時(shí)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(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(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。

　　師：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？下面我們通過實(shí)驗(yàn)來探究。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄孔儔浩骶�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(shí)驗(yàn)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=1，n1=2，n2=1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，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

　�。�4）總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。

　　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12V

　　（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。

　　2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系

　　師：從實(shí)驗(yàn)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(gè)線圈的匝數(shù)之比。 師：寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式。 生：

　　U1n1X U2n2=U1n1XU2n2，只適用于理想變壓器。

　　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(shí)存在能量損失。沒有能量損失的變壓器叫做理想變壓器。

　　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。 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?yàn)槔硐胱儔浩鳑]有能量損失，所以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=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1

　　則：I1U2n2=I2U1n1

　　師：上式是理想變壓器只有一個(gè)副線圈時(shí)，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，I2I1。

　　師：在繞制升壓變壓器原副線圈時(shí)，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?yàn)樯龎鹤儔浩�，I2I1，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(diǎn)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

　　U1N1IN

　　1X2

　　U2N2=I2N1

　�。ㄋ模�實(shí)例探究 ☆理想變壓器基本規(guī)律

　　【例1】一個(gè)正常工作的理想變壓器的原副線圈中，下列的哪個(gè)物理量不一定相等 （） A．交流的頻率 C．電功率B．電流的有效值 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(cuò).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(cuò).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(cuò). 答案：B

　　點(diǎn)評：變壓器工作時(shí)，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(shí)，I1將增大 B．保持U1及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，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(shí)，n1變小，而UI1n2n得I1=2I2由I2=2，RI2n1n1nUn，U2=2U1所以I1=22·1·U1，n2和R不變，n1減小時(shí)I1增大，所以A對。

　　Rn1n1=22n，2n2U2U1，K由b合到a時(shí)，P2=，而U2=U1，所以P2=2·.U1、n2和R不變，n1增大時(shí)P2，RRn1n1，2減小，所以B對。

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