《變壓器》一節(jié)的教學(xué)實(shí)錄與反思

卞志榮 薛麗娟

摘要:本文通過(guò)“變壓器”課堂教學(xué)過(guò)程的描述和記錄討論新課程理論在課堂教學(xué)中的滲透,并在此基礎(chǔ)上對(duì)本節(jié)課的教學(xué)主線、教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程,以及學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行分析與反思。

關(guān)鍵詞:變壓器;教學(xué)實(shí)錄;教學(xué)反思

中圖分類(lèi)號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2009)7(S)-0016-3

新課程注重學(xué)生體驗(yàn),倡導(dǎo)探究,要求教師改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,以學(xué)生發(fā)展為中心,教學(xué)過(guò)程充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用,通過(guò)問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的求知欲和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)?，F(xiàn)以人教版選修3-2第五章第4節(jié)“變壓器”教學(xué)設(shè)計(jì)為例,談?wù)勑抡n程理念在課堂教學(xué)中的具體體現(xiàn)。

1 教學(xué)過(guò)程

師:現(xiàn)只有220V交流電源,要使額定電壓為10V的燈泡正常發(fā)光,有什么辦法?(問(wèn)題引入)

生1:用若干相同的燈泡串聯(lián)起來(lái)。

師:若只有一個(gè)燈泡,怎么辦?

生2:用滑動(dòng)變阻器分壓。

師:很好,那還有沒(méi)有別的辦法?

生3:用變壓器。(在前面講自感時(shí)提過(guò))

師:這一節(jié)課我們就來(lái)研究變壓器的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

師:展示可拆式變壓器,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)變壓器的構(gòu)造,畫(huà)示意圖,指出簡(jiǎn)記符號(hào)。

師:演示實(shí)驗(yàn):將可拆式變壓器(變壓比4∶1)原線圈接入學(xué)生電源交流的輸出端,電壓調(diào)至10V,將額定電壓為2.5V的燈泡接在副線圈兩端,讓學(xué)生觀察燈泡發(fā)光現(xiàn)象。

師:原副線圈既然不直接相連,為什么與副線圈相連的燈泡會(huì)亮呢?大家討論。(引導(dǎo)學(xué)生探究變壓器的工作原理)

生:這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

師:很好,不過(guò)你能否再講具體些,哪里的磁通量發(fā)生了變化?

生:原線圈中通了電。

教師:什么電?

生:交流電。它在原線圈中產(chǎn)生交變磁場(chǎng),交變磁場(chǎng)通過(guò)鐵芯穿過(guò)副線圈,副線圈中磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電路閉合,就有電流通過(guò),因此燈泡就亮了。

師:很好,請(qǐng)坐。

師:請(qǐng)同學(xué)們?cè)偎伎家粋€(gè)問(wèn)題:既然副線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),它會(huì)反過(guò)來(lái)影響原線圈中的磁場(chǎng)嗎?

生:會(huì)的。

師:通過(guò)大家的分析,變壓器的工作原理概括為:互感 。

師:假如原線圈接入10V直流電,大家猜猜看,小燈泡會(huì)不會(huì)發(fā)光?為什么?

生:不會(huì),因?yàn)榇磐坎蛔儭?/p>

師:完全正確。

教師演示10V直流電接入的情況,并得出結(jié)論:變壓器只能改變交流電,而不能改變直流電。

師:大家再看,當(dāng)我斷開(kāi)直流電源時(shí),會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?如何解釋嗎?

生:燈泡閃亮一下。因?yàn)閿嚅_(kāi)瞬間原線圈電流突然減小使副線圈中磁通量隨之減小,這樣就產(chǎn)生了較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),于是燈泡閃亮。

師:很好,請(qǐng)?jiān)倏匆粋€(gè)實(shí)驗(yàn):把原線圈改接交流10V,觀察當(dāng)把可拆式變壓器上方橫著的鐵芯移走時(shí),又有什么現(xiàn)象發(fā)生。

生:燈泡明顯變暗。

師:為什么呢?大家討論。(當(dāng)學(xué)生回答不夠準(zhǔn)確時(shí),教師啟發(fā)并引導(dǎo)并共同討論)

師:燈泡為什么會(huì)變暗?可以有這樣的思考:燈泡變暗→副線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變小→磁通量變化率變小→由鐵芯移走帶來(lái)的結(jié)果→鐵芯的作用:磁路(減少漏磁)。

師:燈泡發(fā)光,說(shuō)明電源的電能通過(guò)變壓器傳給了燈泡,在這個(gè)過(guò)程中有沒(méi)有電能損失呢?在哪些部分有損失?

生:有,原副線圈有電阻要發(fā)熱(銅損)、鐵芯發(fā)熱(鐵損),還有鐵芯漏磁。

師:鐵芯與線圈是絕緣的,鐵芯為什么會(huì)發(fā)熱呢?

生:產(chǎn)生渦流。

師:很好!變壓器總是有能量損耗的,中學(xué)階段一般只討論理想情形:沒(méi)有銅損、鐵損和漏磁的變壓器。

師:既然理想變壓器原副線圈中的磁通量變化率相同,那么原副線圈兩端的電壓間有什么關(guān)系呢?你能設(shè)計(jì)方案尋找它們之間電壓關(guān)系嗎?

生:方案一:U1一定,改變?cè)褦?shù),測(cè)量U2;

方案二“匝數(shù)一定,改變U1 ,測(cè)量U2。

師:的確,可以利用控制變量法解決問(wèn)題,而且這兩種方案都可行。我設(shè)計(jì)了另一種方案:原線圈匝數(shù)不變,改變U1和n2,測(cè)出電壓U1和U2。

師:下面請(qǐng)兩位同學(xué)到講臺(tái)前面來(lái)測(cè)電壓U1和U2,其他同學(xué)記錄并分析測(cè)量結(jié)果是否存在什么規(guī)律性。(實(shí)驗(yàn)注意:課前實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原線圈兩端電壓太小或太大,產(chǎn)生的誤差較大,因此選取4V、6V、8V和10V左右為好)

視頻展示以下表格:

說(shuō)明:(1)此式只適用于一個(gè)副線圈; (2)電流大的線圈用粗銅線繞制。

師:我們已共同研究了理想變壓器的電壓比公式、交流比公式以及功率關(guān)系,同學(xué)們看下面兩個(gè)問(wèn)題。

問(wèn)題1:如圖1所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4∶1,平行金屬導(dǎo)軌與原線圈相連,當(dāng)導(dǎo)體棒ab在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),電流表A1示數(shù)為12mA,則電流表A2示數(shù)為_(kāi)_____mA。

師:說(shuō)明了變壓器不能改變直流電。

變式討論:若導(dǎo)體ab在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),A2有示數(shù)嗎?是否變化呢?

問(wèn)題2:如圖2所示,變壓器為理想變壓器,交流電源電壓恒定,燈泡L1串聯(lián)在原線圈回路中,燈泡L2、L3為副線圈的負(fù)載,開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),燈泡L1、L2的亮度與斷開(kāi)前相比:

A.L1亮度不變

B.L1的亮度減弱

C.L2亮度不變

D.L2亮度增強(qiáng)

生:選B、D

2 教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

(1)本節(jié)課緊緊圍繞一條主線:什么是變壓器→變壓器副線圈為什么有電壓→變壓器為什么能改變電壓→變壓器怎樣改變電壓、電流→理想變壓器原副線圈的電壓、功率、電流有什么關(guān)系,以此展開(kāi)教學(xué),思路清晰。

(2)對(duì)于變壓器工作原理的教學(xué),應(yīng)該積極引導(dǎo)學(xué)生從電磁感應(yīng)角度理解。為此,我設(shè)計(jì)了原線圈分別接10V交流電壓和直流電壓,讓學(xué)生觀察副線圈兩端的燈泡發(fā)光情況;啟發(fā)學(xué)生思考為什么原、副線圈之間沒(méi)有載流導(dǎo)線的連接,副線圈中還可以輸出電流;使學(xué)生再次體會(huì)交流電與恒定電流的區(qū)別以及交變電流的優(yōu)點(diǎn)。學(xué)生了解變壓器的工作原理不僅可以深化對(duì)電磁感應(yīng)的理解,也為后面理論推導(dǎo)電壓比公式以及解決“日”字形鐵芯變壓器等問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。

(3)理想化是科學(xué)研究中常用的一種方法,讓學(xué)生建立起理想變壓器的模型也是教學(xué)難點(diǎn)之一。為了突破這一難點(diǎn),教學(xué)中用可拆式變壓器巧妙設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生觀察到在移走上方鐵芯前后,小燈泡亮度明顯的變化,從而引出需要解決的問(wèn)題:鐵芯的作用——減少漏磁;接著從能量轉(zhuǎn)換角度,說(shuō)明變壓器把電能通過(guò)磁場(chǎng)能再轉(zhuǎn)換成電能,追問(wèn)這一過(guò)程中有無(wú)能量損失,引出銅損和鐵損的概念,進(jìn)而得出理想變壓器的概念,這樣自然就得出了變壓器輸入和輸出的功率關(guān)系。

(4)探究變壓比與匝數(shù)比的關(guān)系既是本節(jié)課的重點(diǎn)又是難點(diǎn)。不能僅從理論上進(jìn)行推導(dǎo),應(yīng)該讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,體驗(yàn)過(guò)程,獲得感性認(rèn)識(shí),進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,感悟科學(xué)的探究方法。為此,教學(xué)時(shí)教師的重點(diǎn)應(yīng)放在如何引導(dǎo)學(xué)生討論并設(shè)計(jì)探究方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)其分析得出結(jié)論等方面。

(5)為了充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用,實(shí)現(xiàn)三維目標(biāo),教師通過(guò)設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)和程序式問(wèn)題來(lái)激發(fā)學(xué)生積極思維和主動(dòng)參與,教師只在其中引導(dǎo)、啟發(fā)和調(diào)控,做學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者。從課題引入就強(qiáng)調(diào)改變以教師講授為中心,學(xué)生被動(dòng)接受事實(shí)的傳統(tǒng)方法,而是通過(guò)提出實(shí)際問(wèn)題激趣誘思,解決問(wèn)題,導(dǎo)入新課。課堂中師生平等對(duì)話(huà)、教師激勵(lì)評(píng)價(jià),教學(xué)過(guò)程充滿(mǎn)了活力,學(xué)生真正感受到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣,在一定程度上體現(xiàn)了三維目標(biāo)。

(6)由于本節(jié)課增加了演示實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、學(xué)生課堂討論等活動(dòng),時(shí)間比較緊張。教師必須做到語(yǔ)言簡(jiǎn)練,問(wèn)題過(guò)渡緊湊,演示實(shí)驗(yàn)操作熟練,否則,上述教學(xué)設(shè)計(jì)將不能順利完成。

(7)本節(jié)課講完后還安排了一節(jié)習(xí)題課,主要討論以下幾個(gè)問(wèn)題: ①變壓器工作時(shí)幾個(gè)制約關(guān)系;②多個(gè)副線圈的變壓器電壓、電流和功率關(guān)系;③常見(jiàn)幾種變壓器,包括自耦變壓器、調(diào)壓變壓器、電壓和電流互感器。

(欄目編輯趙保鋼)