2019-2020年高中物理《变压器》教案2 新人教版必修1

2019-2020年高中物理《变压器》教案2 新人教版必修1教学目标：知识与技能：（1）知道变压器的构造（2）理解互感现象，理解变压器的工作原理。

（3）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。

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

（5）知道课本中介绍的几种常见的变压器。

过程与方法：（1）用电磁感应去理解变压的工作原理，培养学生综合应用所学知识的能力。

（2）讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义.（抓主要因素，忽略次要因素，排除无关因素）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。

教学重点：变压器工作原理教学难点：变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的教学过程：新课导入：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。

一般的家用电器需要220 V的电压，动力用电需380 V电压，机床上的照明灯需要36 V的安全电压，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。

新课教学：（一）变压器的原理：1、构造：出示可拆变压器，引导学生观察，变压器主要由哪几部分构成？变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。

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。

2、工作原理：演示实验：原线圈接交流电源，副线圈接小灯泡，小灯泡发光。

在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。

这个交变的磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要产生感应电动势。

当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向负载供电。

在副线圈中产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。

在原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象。

互感现象是变压器工作的基础。

从能量转化的角度，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置。

由于互感现象，尽管两个线圈之间没有导线相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。

问：变压器的铁芯起什么作用？如果无铁芯，并排放置的原副线圈也发生互感现象，但原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方，漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能。

如有铁芯，由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率。

变压器对恒定电流不能变压。

因为变压器接入恒定电流，在铁芯中不会产生交变的磁通量，没有互感现象出现。

（二）理想变压器：没有漏磁及发热损失的变压器，即没有能量损失的变压器叫理想变压器。

1、实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系：（1）保持原线圈匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响；（2）保持副线圈匝数不变，改变原线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响；2、推导理想变压器的变压比公式：设原线圈的匝数为N 1，副线圈的匝数为N 2，在不考虑铁芯漏磁的情况下，穿过原、副线圈的磁通量变化率相同。

在原副线圈中产生的感应电动势分别为： ， ， ；对于理想变压器，不考虑原、副线圈的电阻，则，；时，，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器；时，，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器；当有几组副线圈时，有：3、功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有；4、电流关系：当只有一个副线圈时，1212212211n n U U I I U I U I ==⇒= 当有多个副线圈时， ++=⇒++=332211332211n I n I n I U I U I U I问：绕制原副线圈的导线粗细一样吗？粗细不一样。

高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线；低压线圈匝数少而通过的 电流大，用较粗的导线。

需注意的几个问题：（1）变压器输出电压与输入电压的频率相等。

（2）当理想变压器原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，确定其他物理量时，依据以下原则：①输入电压决定输出电压；，当不变时，不论负载电阻是否变化，都不会改变。

②输出电流决定输入电流；在输入电压一定的情况下，输出电压也被确定。

当负载电阻R 减小时，增大，则相应增大；当负载电阻R 增大时，减小，则相应减小；③输出功率决定输入功率；理想变压器的输入功率与输出功率相等。

在输入电压 一定的情况下，输出电压也被确定。

当负载电阻R 增大时，，减小，减小，输入功率也相应的减小；当负载电阻R 减小时，，增大，增大，输入功率也相应的增大；（三）几种常见的变压器：（1）自耦变压器：如图所示是自耦变压器的示意图。

这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，将可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，这个线圈作副线圈，就可以升高电压。

（2）调压变压器：属于自耦变压器。

构造如图所示，线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上，AB 之间加上输入电压，移动滑动触头P 的位置就可以调节输出电压。

（3）互感器： 交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。

可以用变压器把高电压变成低电压，或者把大电流变成小电流。

互感器分为电压互感器和电流互感器两种。

①用来把高电压变成低电压。

原线圈并联在高压电路中， 副线圈上接上交流电压表，根据电压表测得的电压和铭牌上标明的变压比（），就可以算出高压电路中的电压。

为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地。

②用来把大电流变成小电流。

它的原线圈串联在被测电路中，标明的变流比（），可以算出被测电路中的电流。

如果被测电路是高压电路，为了工作安全，同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地。

例1、如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n 1：n 2=4：1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A 1的示数是12mA ，则电流表A 2的示数为（ B ）A 、2mAB 、0mAC 、48mAD 、与负载R 的值有关解析：变压器不能工作在恒定电压和恒定电流的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在原线圈中通过的是恒定电流，不能引起副线圈磁通量的变化，在副线圈中无感应电动势产生，所以A 2中无电流通过。

例2、如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n 1：n 2=4：1，原线圈回路中的电阻A 与副线圈回路中的负载电阻B 的阻值相等。

a 、b 端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比 P A ：P B =________，两电阻两端的电压之比U A ：U B =_________。

解析：原、副线圈中的电流之比：，，例3、如图所示，（a ）是一理想变压器的电路连接，（b ）是在原线圈两端所加的电压随时间变化的关系图象，已知原副线圈的匝数比为10：1，电流表A 2的示数为2A ，开关S 断开，求：（1）变压器输入功率和电压表的示数；（2）将开关S 闭合，定性分析电路中三只电表的示数变化情况。

解析：（1）由图（b ）可知电压的有效值U 1=200V ，由得副线圈电压=20V ，变压器的输入功率P 1等于P 2，P 1=P 2=U 2I 2=20×2=40W 。

（2）将S 闭合，U 2不变，即电压表示数保持为20V 不变，由于负载增多，负载的总电阻减小，电流表A 2的示数增大，副线圈的输出功率增加，原线圈的输入功率随之增加，电流表A 1的示数增大。

例4、如图所示，理想变压器有两个副线圈，原线圈1接220V 的交流电源，副线圈2的匝数为30匝，两端并有“12V 、12W ”的灯泡L 正常发光，副线圈3的输出电压为110V ，接有电阻R，通过R 的电流为0.4A ，求：（1）副线圈3的匝数n 3；（2）原线圈1的匝数n 1和通过它的电流I 1。

解析：理想变压器线圈两端的电压与匝数成正比，输入功率等于输出的总功率，对于有几个副线圈的情况也成立，但存在多个副线圈时电流关系要从功率关系来确定。

（1）由得=275匝（2）由得=550匝由P 1=P 2+P 3=（12+110×0.4）W=56W 得原线圈中的电流=0.255A例5、在绕制变压器时，某人将两个线圈在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上。

当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂。

已知线圈1、2的 匝数之比为。

在不接负载的情况下（ BD ）A 、当线圈1输入电压为220V 时，线圈2输出电压为110VB 、当线圈1输入电压为220V 时，线圈2输出电压为55VC 、当线圈2输入电压为110V 时，线圈1输出电压为220VD 、当线圈2输入电压为110V 时，线圈1输出电压110V 解析：141212221122112121=⨯=∆∆=∆∆∆∆==φφφφn n tn t n E E U U ， 111221''''112211221212=⨯=∆∆=∆∆∆∆==φφφφn n t n t n E E U U ， 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流的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。

对于理想变压器：，，；（3）日常生活中常见的变压器。

作业：创新课时训练：P27-282019-2020年高中物理《变压器》教案2 新人教版选修3-2●本节教材分析变压器是交变电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交流电不可缺少的装置.在讲解变压器的原理时，要积极引导学生从电磁感应的角度说明：原线圈上加交流电压产生交流电流，铁芯中产生交变磁通量，副线圈中产生交变电动势，副线圈相当于交流电源对外界负载供电.要向学生强调，从能量转换的角度看，变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置，经过转换后一般电压、电流都发生了变化.有的学生认为变压器铁芯是带电的.针对这种错误认识，可让学生根据电磁感应原理，经过独立思考了解到变压器铁芯并不带电，铁芯内部有磁场（铁芯外部磁场很弱）.要让学生明白，互感现象是变压器工作的基础.要让学生在学习电磁感应的基础上理解互感现象.这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量变化时刻都是相同的.因而，其中的感应电动势之比只与匝数有关.这样，原副线圈的匝数不同，就可以改变电压了.要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系.在解决有两个副线圈的变压器的问题时，不做统一的要求，不必急于去分析这类问题，对学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论.变压器在生产和生活中有十分广泛的应用.课本中介绍了一些，教学中可根据实际情况向学生进行介绍，或看挂图、照片、实物或参观，以开阔学生眼界，增加实际知识.●教学目标一、知识目标1.知道变压器的构造.2.理解互感现象，理解变压器的工作原理.3.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.4.理解理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题.5.知道课本中介绍的几种常见的变压器.二、技能目标1.用电磁感应去理解变压的工作原理，培养学生综合应用所学知识的能力.2.讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义.（抓主要因素，忽略次要因素，排除无关因素）三、情感态度目标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.●教学重点变压器工作原理.●教学难点变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的.●教学方法实验探究、演绎推理.●教学用具可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡、自耦变压器、调压器、导线等.●课时安排1 课时●教学过程一、引入新课［师］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.二、新课教学1.变压器原理［师］出示可拆变压器，引导学生观察，变压器主要由哪几部分构成？［生］变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.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.［师］画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：［演示］将原线圈接照明电源，交流电压表接到不同的副线圈上，观察交流电压表是否有示数？［生］电压表有示数且示数不同.［师］变压器原、副线圈的电路并不相同，副线圈两端的交流电压是如何产生的？请同学们从电磁感应的角度去思考.［生］在原线圈上加交变电压U1，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.［师］物理上把原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象.互感现象是变压器工作的基础.［生］变压器的铁芯起什么作用？［师］如果无铁芯，并排放置的原副线圈也发生互感现象，但原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方，漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能.如有铁芯，由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率.［生］原副线圈中，感应电动势大小跟什么有关系？［师］与线圈中磁通量变化率及线圈匝数成正比.师生共同活动：1．实验探究得出理想变压器得变比关系2．推导理想变压器的变压比公式.设原线圈的匝数为N1，副线圈的匝数为N2，穿过铁芯的磁通量为Φ，则原副线圈中产生的感应电动势分别为E1=N1E2=N2在忽略漏磁的情况下，ΔΦ1=ΔΦ2，由此可得在忽略线圈电阻的情况下，原线圈两端的电压U1与感应电动势E1相等，则有U1=E1；副线圈两端的电压U2与感应电动势E2相等，则有U2=E2.于是得到［师］请同学们阅读教材，回答下列问题：（1）什么叫理想变压器？（2）什么叫升压变压器？（3）什么叫降压变压器？（4）电视机里的变压器和复读机里的变压器各属于哪一类变压器？［生1］忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，叫做理想变压器.［生2］当N2＞N1时，U2＞U1，这样的变压器叫升压变压器.［生3］当N2＜N1时，U2＜U1，这样的变压器叫降压变压器.［生4］电视机里的变压器将220 V电压升高到10000 V以上属升压变压器；复读机的变压器将220 V电压降到6 V，属于降压变压器.［师］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？［生］P出=P入［师］若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？［生］据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1则：［师］绕制原副线圈的导线粗细一样吗？［生］粗细不一样.高压线圈匝数多而通过的电流小，用较细的导线；低压线圈匝数少而通过的电流大，用较粗的导线.2.几种常见的变压器［师］变压器的种类很多，请同学们阅读教材，了解几种常见的变压器，并回答下列问题：（1）自耦变压器有何特点？（2）自耦变压器如何作升压变压器？又如何作降压变压器？（3）互感器分为哪几类？（4）电压互感器的作用是什么？（5）电流互感器的作用是什么？［生1］自耦变压器只有一个线圈，滑动头位置变化时，输出电压会连续发生变化.［生2］若把整个线圈作副线圈，线圈的一部分作原线圈，为升压变压器；若把线圈的一部分作副线圈，整个线圈作原线圈，为降压变压器.［生3］互感器分为两类，即电压互感器和电流互感器.［生4］电压互感器用来把高电压变成低电压.它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表，根据电压表测得的电压U2和变压比，就可以算出高压电路中的电压.［生5］电流互感器用来把大电流变成小电流.它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表.根据电流表测得的电流I2和变流比，可以算出被测电路中的电流.三、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：忽略一切电磁损耗，有P输出=P输入4.日常生活和生产中使用各种类型的变压器，但它们遵循同样的原理.四、作业（略）五、板书设计六、本节优化训练设计【例1】理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2＝4：1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，图中电流表A1的示数12mA，则电流表A2的示数为（）A．3mA B．0 C．48mA D．与负载R的值有关【例2】一理想变压器，其原线圈2200匝，副线圈440匝，并接一个100Ω的负载电阻，如图所示。