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 <n 1时，U 2 <U 1——降压变压器
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。

2.调压变压器：圆形自耦变压器。

3.互感器
（1）作用：测量大电流和高电压。

（2）电压互感器：测高电压，原线圈与高压电路并联，副线圈接地。

（3）电流互感器：测大电流，原线圈与被测电路串联，副线圈接地。

五、课堂小结
学生自己总结本节所学知识
六、课堂练习
1、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的干电池上，则副线圈两端电压为（ D ）
A.36 V
B.6 V
C.1 V
D.0 V
2、一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在电压220V的交流电源上，当它对11只并联的“36V,60w”的灯泡供电时,灯泡正常发光.由此可知副线圈的匝数n2=__180___，通过原线圈的电流I1 =_3A_____。

巩固练习
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( B ) A．3mA B．0
C．48mA D．与负载R的值有关
变形：如果要获得从a到b的电流,棒要如何运动？
2、图甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55 Ω，A、V为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110 V，下列表述正确的是(AC)
A．电流表的示数为2 A B．原、副线圈匝数比为1∶2
C．电压表的示数为电压的有效值
D．原线圈中交变电压的频率为100 Hz
七、布置作业
课后练习3、5
八、板书设计
§4.2变压器
一、变压器的结构
闭合铁芯、原线圈、副线圈 二、变压器的工作原理：互感现象 三、变压器的电压与匝数的关系 1、实验探究 2、理论推导
四、几种常用变压器
2
1
2
1n n U U =
⇒
1
2
1221n n U U I I ==。