房山中学高中物理《5.4变压器》教案 新人教版选修3-2

北京市房山区房山中学高二物理选修3-2《5.4变压器》教案新人教
版
一．教学设计
《课程标准》对于变压器的教学要求是“通过实验，探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”。

新教科书与以往教科书的不同之处是增加了这一探究实验。

教学主要突出通过探究得出结论。

变压器是交变电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交变电流不可缺少的装置。

对于变压感器工作原理，要让学生在电磁感应理论的基础上理解什么是互感现象？为什么原、副线圈之间没有载流导线连接，副线圈中还可以输出电流？
使学生再次体会交变电流与恒定电流的区别，以及交变电流的优点。

二．教学目标
1．知识与技能
（1）知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。

（2）理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。

2．过程与方法
在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。

3．情感、态度与价值观
（1）使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。

（2）培养学生实事求是的科学态度。

三．教学重点、难点
1．重点：探究变压比和匝数比的关系。

2．难点：探究变压比和匝数比的关系。

四．教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。

教具：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡
五．教学过程
1．引入新课
在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。

各种用电设备所需的电压也各不相同。

电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压。

一般半导体收音机的电源电压不超过10 V，而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压。

交流便于改变电压，以适应各种不同需要。

变压器就是改变交流电压的设备。

这节课我们学习变压器的有关知识。

2．进行新课
（1）变压器的原理
思考与讨论：
按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。

两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？
当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。

实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。

变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。

一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。

两个线圈都是绝缘导线绕制成的。

铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片
叠合而成。

画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：
互感现象时变压器工作的基础。

在原线圈上加交变电压U 1，原线圈中就有交变
电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。

这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。

如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。

副线圈两端的电压就是这样产生的。

所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。

变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。

目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干
实验步骤：
①按右图所示连接电路
②原线圈接低压交流电源6V ，保持原线圈匝数n 1不变，分别取副线圈匝数n 2=2
1n 1，n 1，2 n 1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

③原线圈接低压交流电源6V ，保持副线圈匝数n 2不变，分别取原线圈匝数n 1=2
1n 2，n 2，2 n 2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。

U 1＝6V 实验次数
1 2 3 4 5 6
原线圈匝数n 1
n 1
n 1 n 1 n 2 n 2 n 2 副线圈匝
数n 2
21n 1 n 1 2 n 1 21n 2 n 2 2 n 2 副线圈输
④总结实验现象，得出结论。

注意事项：
Ⅰ．连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。

Ⅱ．注意人身安全。

只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V
Ⅲ．使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。

（2）电压与匝数的关系 2
121n n U U = 电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。

所以，变压器工作时存在能量损失。

没有能量损失的变压器叫做理想变压器。

2
121n n U U =，只适用于理想变压器。

实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。

理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？
因为理想变压器没有能量损失，所以P 出=P 入
若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I 1与I 2有什么关系？
据P 出=U 2I 2，P 入=U 1I 1及P 出=P 入得：U 2I 2=U 1I 1
则：1
21221n n U U I I == 上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。

如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。

升压变压器，n 2＞n 1，降压变压器，n 2＜n 1。

升压变压器，I 2<I 1，降压变压器，I 2>I 1。

在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些
好？降压变压器呢？
因为升压变压器，I 2<I 1，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。

降压变压器，I 2>I 1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。

课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。

3．小结：本节课主要学习了以下内容：
（1）变压器主要由铁芯和线圈组成。

（2）变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。

（3）理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。

有
P 输出=P 输入
2121N N U U = 1
221N N I I = 4．实例探究
理想变压器基本规律 （1）一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等 （ ）
A ．交流的频率
B ．电流的有效值
C ．电功率
D ．磁通量变化率 理想变压器的综合应用
（2）如图所示为一理想变压器，K 为单刀双掷开关，P 为滑动变阻器的滑动触头，U 1为
加在原线圈两端的电压，I 1为原线圈中的电流，则 （ ）
A ．保持U 1及P 的位置不变，K 由a 合到b 时，I 1将增大
B ．保持U 1及P 的位置不变，K 由b 合到a 时，R 消耗功率减小
C ．保持U 1不变，K 合在a 处，使P 上滑，I 1将增大
D ．保持P 的位置不变，K 合在a 处，若U 1增大，I 1将增大
六．知识总结与迁移：
1．知识：
（1）变压器的构造____________________和工作原理______________________________．
（2）理想变压器的电压与线圈的匝数关系是______________．理想变压器的电流与线圈
的匝数关数关系是_________________．功率关系是 ．
2．课堂练习：
（1）一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n 1和n 2，正常工作时输入和输出的电压、
电流、功率分别为U 1和U 2、I 1和I 2、P 1和P 2．已知n 1＞n 2，则：（ ）
A ．U 1＞U 2，P 1＝P 2
B ．P 1＝P 2，I 1＜I 2
C ．I 1＜I 2 ，U 1＞U 2
D ．P 1＞P 2，I 1＞I 2
（2）一个理想变压器，当副线圈所接的电阻R 变小时，下列说法中正确的是：（ ）
A ．流过电阻R 的电流不变
B ．电阻R 两端的电压不变
C ．流过原线圈的电流不变
D ．原线圈输出的电功率不变
（3）有一台理想变压器，原线圈匝数为n 1，副线圈匝数为n 2，当n n 12>时，
是_______变压器；当n n 21>时，是____________变压器。

若副线圈输出功率为P 2时，原线圈输入功率为P 1，则P P 12:=
__________；若n n 1251::=，当原线圈加上220V 直流电压时，副线圈上的电压是___________。

（4）变压器原线圈是1100匝，接在220V 交流电源上，如果将10个标有“36V 60W ”
的白炽灯泡并联接到副线圈上，要使灯泡正常发光，副线圈需要________匝，此时通过原线圈的电流强度是________A ，变压器的输入功率是_______W 。

（5）对于理想变压器，下列说法中正确的是（ ）
A ．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大
B ．原线圈的输入电流，随着副线圈的输出电流增大而增大
C D （6A ．交流的频率 B （7）如图所示，电源的电动势100sin(311t πε=可忽略不计
A ．1A 的示数约为0.10A
B ．
C ．2A 的示数约为0.75A
D ．
七．作业：
1．如图中变压器原线圈接交流高压，降压后通过输电线给用电器供电，当电键S 断开时图中两电表示数电压U 和电流I 变化为 （ ）
A ．均变大
B ．U 变大，I 变小
C ．均变小
D ．U 变小，I 变大
2．一个理解的变压器原线圈接入电压622sin 314V u t =，若原、副线圈的
匝数分别是1210匝和1650匝，下列哪个判断是错误的（ ）
A ．副线圈输出电压的频率是100Hz
B ．用电压表量得副线圈两端的电压是600V
C ．副线圈两端的电压的峰值是848V
D ．副线圈的输出功率与原线圈的输入功率是相同的
3．一个理想变压器，正常工作时，在原、副线圈上，下列物理量中一定相等的是（ ）
A ．交流的频率
B ．电流的有效值
C ．电功率
D ．磁通量的变化率
4．一理想变压器原线圈为1320匝，副线圈60匝，在副线圈上接上一个Ω10的电阻，通过它的电流强度为1A ，则原线圈的电压为 V ，输入功率是 W ，若将副线圈匝数加倍，则原线圈中电流将变为 A
5．一理想变压器，原副线圈的匝数比n 1：n 2=1：2，电源电压2202u tV ω=，原线圈电路中接人一熔断电流I0=1A 的保险丝，副线圈中接人一可变电阻R ，如图所示，
为了使保险丝不致熔断，调节R 时，其阻值最低不能小于（ ）
A ．440Ω
B ．2
C ．880Ω
D ．2
6．如图所示为一理想变压器工作电路图，今欲使变压
器的输入功率增大到原来的2倍，在其他条件不变的
情
况下，可行的办法是（ ）
A ．原线圈的匝数n 1增加到原来的2倍
B ．副线圈的匝数n 2增加到原来的2倍
C ．负载电阻的阻值R 变为原来的2倍
D ．n 2和R 都变为原来的2倍
7．如图所示为两个互感器，在图中圆圈内a 、b 表示电表，已知电压比为100，电流比为10，
电压表的示数为220V，电流表的示数为10A，则
A．a为电流表，b为电压表
B．a为电压表，b为电流表
C．路输送电功率是2200W
D．线路输送电功率是2.2×106W
8．如图所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2=4∶1，当导体棒向右匀速切割磁感线时，电流表A1的读数是12 mA,则副线圈中电流表A2的读数应该为( )
A．3 mA B．48 mA
C．0 D．与R阻值有关
9．理想变压器的原线圈的匝数为110匝，副线圈匝数为660匝，若原
线圈接在6 V的电池上，则副线圈两端电压为（）
A．36 V B．6 V C．1 V D．0 V
10．当理想变压器副线圈空载时，副线圈的（）
A．负载电阻为0 B．输出电流为0 C．两端电压为0 D．输出功率为0 11．理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是（）
A．I2由I1决定B．U2与负载有关C．P1由P2决定 D．U1由U2决定12．一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍
A．次级线圈的匝数增加为原来的2倍 B．初级线圈的匝数增加为原来的2倍
C．负载电阻变为原来的2倍 D．副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍
13．用理想变压器给负载R供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流A．增加原线圈的匝数 B．增加副线圈的匝数
C．减小负载电阻R的数值 D．增加负载电阻R的数值
14．如图中所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1，交流电源电压U1=220 V，F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻.
（1）当电阻R=100 Ω时，保险丝能否被熔断?
（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?。