高二物理鲁科版选修3-2第四章第二节变压器 教案

2变压器

一、教学目标

知识与技能：

1．了解变压器的构造及理解变压器的工作原理。

2．探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系并能用它解决基本问题。

3．明白理想变压器是忽略了变压器的能量损失，它的输出功率等于输入功率。

4．能运用功率关系推导电流与匝数关系

过程与方法：

从探究“匝数与电压关系”全过程指导学生学习物理的思想与方法。

情感态度与价值观：

认识变压器在现实生活中的应用，感受它的价值。

二、教学重点和难点

教学重点：变压器的工作原理；通过实验探究得到变压器原副线圈电压和匝数的关系。教学难点：推导理想变压器原副线圈电压与匝数关系。

三、教学用具：可拆式变压器、多用电表、学生电源、小灯泡、导线若干

四、教学过程

引入新课

问：我们国家民用统一供电均为____V？

幻灯片打出一组数据

在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压可能各不相同，如何使这些额定电压不是220V的用电器正常工作呢？

这就靠我们这节将要学习的变压器来实现升压、降压，从而使我们各类用电器在供电电压220V都能正常工作。

进行新课

一、变压器的结构

图片展示不同样式的变压器。

出示可拆变压器，仔细观察，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的。一个线圈与交流电源连接，叫做原线圈，也叫初级线圈；另一个线圈与负载连接，叫做副线圈，也叫次级线圈。

画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：

问：变压器又是如何实现变压的呢？

二、变压器的工作原理

思考：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？

变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接电压U1后，副线圈是否产生电压U2？

演示实验1：

把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到电源的两端：(1)恒定直流；(2)正弦交流。另一个线圈连到小灯泡上。观察小灯泡的发光情况。

现象：原线圈接直流电时小灯泡不发光，接交流电时小灯泡发光。

互感现象是变压器工作的基础。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。

变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：

电能→ 磁场能→ 电能

(U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2)

演示实验2：

将可拆变压器的铁芯由闭合到不闭合，观察接在副线圈两端的小灯泡亮度。

现象：小灯泡由亮变暗

若无铁芯或铁芯不闭合，原线圈中的磁通量只有一小部分穿过副线圏，大部分漏失在外，漏失的磁通量不能起到传输电能的作用。有了闭合铁芯，由于铁芯被磁化，绝大部分磁通量集中在铁芯内部穿过副线圈，大大增强了变压器传输电能的作用。

闭合铁芯减少了因漏磁而产生的电能损耗！ 三、变压器的电压与匝数的关系 （一）实验探究：

实验目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 实验器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干 实验方法：控制变量法

请学生说出如何控制变量，教师选择其中一种进行演示实验。 原线圈匝数n 1

原线圈两端电压U 1

副线圈匝数n 2

副线圈两端电压U 2

实验结论：原线圈匝数n 1和电压U 1不变时，副线圈匝数n 2越多，U 2越大。 思考：实际的变压器在运行时，哪些地方有能量损失呢？

电流通过变压器线圈时会发热；铁芯在交变磁场的作用下也会发热；此外，交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内等等。所以，变压器工作时有能量损失。 没有能量损失的变压器叫做理想变压器。特点：P 入＝P 出

理想变压器也是一个理想化模型。问：我们学过的理想化模型还有哪些？ 2、从理论知识推导理想变压器电压与匝数的关系

在忽略能量损失的条件下，如无漏磁，通过原线圈、副线圈的磁通量及变化量都相等，即21Φ=Φ，21∆Φ=∆Φ

原、副线圈产生的感应电动势分别为

t n E ∆∆Φ=11

1 t n E ∆∆Φ=2

2

2

原线圈回路有：U 1− E 1=I 1r 1 副线圈回路有：E 2=U 2 +I 2r 2

因原、副线圈的电阻忽略不计，原、副线圈两端电压与电动势的关系分别为

11E U = 22E U =

由此可得，原、副线圈的电压与匝数的关系为

21

21n n U U =

实验和理论分析都表明：理想变压器原、副线圈的电压跟它们的匝数成正比。

2

1

21n n U U =——适用于理想变压器

实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到95%以上，所以在中学物理中该式也是可以应用的。 n 2 >n 1时，U 2>U 1——升压变压器 n 2

思考：原副线圈的电流可能满足什么规律？ 电流与匝数的关系

学生自己推导电流与匝数的关系后找一名学生上黑板推导。

一只变压器如果磁感线没有漏失，线圈和铁芯都不发热，那么这只变压器便是无电能损耗的理想变压器。在这种情况下，变压器输入功率必然等于输出功率。即P 入=P 出。

根据P 入=U 1I 1 ，P 出=U 2I 2及P 入=P 出得：

U 1I 1=U 2I 2

则：

1

2

1221n n U U I I ==

因此，变压器工作时，通过原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比。 四、几种常用变压器

1.自耦变压器：一组线圈，一个铁芯，四个接头。