《變壓器》教學(xué)設(shè)計(jì)

李永東

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）10-0054-02

[教學(xué)目標(biāo)]

（一）知識與技能

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。

（二）過程與方法

1.在探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理想化模型分析問題、解決問題的能力。

（三）情感態(tài)度價(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)]

1.探究變壓器的匝數(shù)與線圈兩端的電壓的關(guān)系并能用它解決基本問題。

2.從電磁感應(yīng)的角度和能量的轉(zhuǎn)化與守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理。

[教學(xué)難點(diǎn)]

1.“探究變壓器的匝數(shù)與線圈兩端的電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。

2.從能量的轉(zhuǎn)化與守恒的角度理解變壓器的工作原理。

教學(xué)用具：學(xué)生電源、可拆變壓器、電壓表、小燈泡等

[教學(xué)過程]

一、課前實(shí)驗(yàn)演示

演示1：一個線圈與小燈泡構(gòu)成閉合電路，另一個線圈接電源，兩個線圈并排放置，啟發(fā)學(xué)生思考可能看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

演示2：把兩個線圈套在一個鐵芯上，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，并進(jìn)行交流。

演示3：讓鐵芯閉合，觀察現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生思考，把學(xué)生思維調(diào)動到高點(diǎn)，開始變壓器的學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖1：對課本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，分三個梯度進(jìn)行演示，層層深入，環(huán)環(huán)相扣，引領(lǐng)學(xué)生打開求知的思維之門，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)讓學(xué)生深刻理解鐵芯的作用及互感現(xiàn)象，為學(xué)習(xí)變壓器的原理及理解變壓器理想化模型埋下伏筆。

二、學(xué)生提出質(zhì)疑（教師預(yù)設(shè)）

問題1.什么是變壓器？

問題2.鐵芯導(dǎo)電嗎？鐵芯的作用是？

問題3.變壓器副線圈為何有電流？

問題4.變壓器為何能改變電壓？是如何改變的？（教師預(yù)設(shè)所有問題，并引導(dǎo)學(xué)生提出問題）

三、變壓器的構(gòu)造

（一）構(gòu)造：

1.閉合鐵芯

2.原線圈（初級線圈）

3.副線圈（次級線圈）

（二）示意圖

（三）電路圖中符號

四、變壓器的工作原理

（一）互感現(xiàn)象

交變電壓加在原線圈上，原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，這個交變的磁通量不但穿過原線圈，也穿過副線圈，所以也在副線圈中激發(fā)感應(yīng)電動勢。副線圈兩端連著負(fù)載，副線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。它也在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢。由于這種互相感應(yīng)的互感現(xiàn)象，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈。

（二）變壓器工作時(shí)怎樣實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的呢

原線圈的電能一閉合鐵芯的磁場能一副線圈的電能

思考1：利用變壓器怎樣才能獲得不同的電壓呢？副線圈的電壓可能與什么有關(guān)呢？有什么定量的關(guān)系呢？

五、探究原副線圈兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系

全班學(xué)生分成兩部分，分別從實(shí)驗(yàn)方法和理論推導(dǎo)探究原副線圈兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系。尊重學(xué)生主體地位發(fā)揮教師主導(dǎo)作用，讓學(xué)生體驗(yàn)形成過程，體驗(yàn)成功的快樂。

（一）實(shí)驗(yàn)方法：全班分成10個小組，1、3、5、7、9組完成課本42頁的探究實(shí)驗(yàn)

1.看課本42頁的探究實(shí)驗(yàn)，組內(nèi)合作探究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)總變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)使用方法：控制變量法

小組代表展示，得出結(jié)論：變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比。

（二）理論推導(dǎo)

請根據(jù)互感原理推導(dǎo)變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系（2、4、6、8、10組完成）

設(shè)原線圈的匝數(shù)為N₁，副線圈的匝數(shù)為N₂，穿過鐵芯的磁通量為西，則原副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別為：

原線圈回路有：U₁E₁=I₁r₁

副線圈回路有：E₂=U₂+L₂r₂，若原、副線圈的電阻忽略不計(jì)，忽略漏磁，則原、副線圈兩端電壓與電動勢的關(guān)系分別為U₂=E₂，U₁=E₁。

小組代表展示，得出結(jié)論：變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比。

（教師引入理想化物理模型結(jié)合實(shí)物展示，學(xué)生學(xué)得更輕松。）

六、理想變壓器

理想變壓器的特點(diǎn)：

1.線圈無電阻；2.磁通量無漏失；3.鐵芯不發(fā)熱。

實(shí)際上變壓器的效率都是比較高的，特別是電力設(shè)備中的大變壓器，在滿負(fù)荷工作時(shí)效率可達(dá)97%～99%，所以理論研究時(shí)我們把它當(dāng)成理想變壓器是沒有問題的。

七、理想變壓器的運(yùn)行規(guī)律：（設(shè)計(jì)意圖：把理想變壓器特點(diǎn)放在論理推導(dǎo)后面，可以使學(xué)生對特點(diǎn)理解更深刻，讓學(xué)生親身體驗(yàn)抓主要因素，忽略次要因素的這一重要研究方法。）

在探究的基礎(chǔ)上，教師指導(dǎo)學(xué)生自己推導(dǎo)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。

（一）電壓規(guī)律：

理想變壓器原副線圈端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比。

（二）電流規(guī)律：

理想變壓器輸入功率必然等于輸出功率，即P_入=P_出：U₁I₁=U₂I₁，則：理想變壓器工作時(shí)原線圈和副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比。

思考：理想變壓器的電壓關(guān)系和電流關(guān)系是不是用一個正比和反比可以簡單地概括？會隨著變壓器結(jié)構(gòu)的改變而改變嗎？（引領(lǐng)學(xué)生分析得出結(jié)論：實(shí)質(zhì)是根據(jù)能量守恒定律和法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)。）

達(dá)標(biāo)檢測；

課堂小結(jié)自主歸納；

作業(yè)布置：有多個副線圈的理想變壓器的電壓電流與匝數(shù)關(guān)系？

責(zé)任編輯 文思