高中物理：变压器教学设计

高中物理：变压器教学设计

设计思想

一、教学目标

知识技能

1. 知道变压器的构造。

2. 理解变压器的工作原理。

3. 理解变压器的变压比、变流比,并能解决有关变压器的基本问题。

4. 了解常见的几种变压器。

过程方法

通过让学生自己动手可拆变压器,激发学生对科学的兴趣和热情,使他们了解变压器在生活中的应用。

情感态度与价值观

1．在自主实验和逐步探究的学习过程中,培养细心观察、勤于思考和相互交流的学习习惯和合作精神。

2．培养学生实事求是的科学态度。

二、教学重点

变压器工作原理

三、教学难点

变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的

四、教学过程

1．创设问题情境,引入新课题

师：请同学们思考,若将额定电压为6Ｖ的小灯泡直接接到照明电源上,会出现什么现象？

生：因为电源电压（220Ｖ）远大于小灯泡的额定电压（6Ｖ）,小灯泡会立即烧毁．

师：现在只有照明电源,根据以前所学的电路知识,你有办法使小灯泡正常工作吗？

生：可以,拿一个适当阻值的电阻与小灯泡串联,接入照明电路中．

师：那么,你认为用这一办法时电源电能的利用率怎样？

生：因为分压,电阻上的电压较大,消耗较大的电功率,所以这时电源电能的利用率并不高．

师：能否设计一种办法或装置,使电源损失较小的电能而又能使小灯泡正常工作呢？事实上,上述矛盾在现实中普遍存在．在日常生活、生产中使用的各种用电设备,需要的电压不是都一样的．在由统一的电源供电的情况下,为适应这些不同的电压需要,就要有一种能改变电压的电气设备——变压器,那么它是怎样实现改变电压的目的呢？今天我们就来研究这一课题．

2．变压器的构成

拆开可拆变压器的各组成部分,让学生观察并回答其基本组成．用投影显示出单相变压器的结构示意图及电路图符号

与交流电源连接的线圈叫原线圈,也叫初级线圈,匝数1n ；与负载相连接的线圈叫副线圈,也叫次级线圈,匝数2n 。1U 为输入电压,2U 为输出电压

3．探究变压器工作原理

把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连接到交流电源的两端,另一个线圈连接到小灯泡上,连通电路,发现小灯泡会亮。

若把原线圈与直流电源连接,发现在电路接通瞬间灯泡亮一下,然后熄灭, 铁芯

副线圈原线圈U 112n n U 2

两次实验对比,说明变压器是改变交流电压的装置。

再通过实验现象,引导学生分析：两个独立的线圈没有接通副线圈怎么会有电流输出呢？可以在实验时触摸一下变压器的铁芯说明没有电流通过。

解释：当原线圈接通电源时,原线圈中电流从无到有电流变大,由电生磁得到原线圈中的磁场变大,从而通过铁芯到达副线圈,使得副线圈磁通量发生变化产生感应电流,对于直流电源,电路闭合以后电流恒定磁场不变使得副线圈中磁通量不变而无感应电流,为此出现一闪的情况。对于交流电则电流时刻变化从而通过副线圈的磁通量时刻变化,所以副线圈中始终存在感应电动势,所以即使两个线圈之间没有导线连接,副线圈也能输出电流,灯泡亮。从而引出变压器工作原理：互感现象。

4．探究变压器变压原理。

（在副线圈两端接一交流电压表）

保持原线圈的匝数不变,改变副线圈的匝数,发现副线圈两端的电压改变；保持副线圈的匝数不变,改变原线圈的匝数,发现副线圈两端的电压改变。所以变压器输出电压和线圈匝数有关。

那么电压和匝数有没有一个定量的关系,接下来探究一下。

实验步骤：

1 把可拆式变压器的一个线圈作为原线圈,连接到学生电源的交流输出端,另一个线圈作为副线圈,可不接负载。

2 闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量两个线圈两端的电压,测量完毕断开学生电源的开关。

3 改变学生电源的电压设置,匝数不变,重复以上实验。

4 只改变副线圈的匝数,输入电压不变,重复以上实验。

记录数据的表格：

问题： 变压器的原线圈、副线圈的电压与两个线圈的匝数之间有什么关系？

学生通过对数据分析讨论,能够得出：在误差允许范围内,电压与线圈匝数成正比

师解释为什么副线圈的电压会略小？

因为,原、副线圈中的交变电流共同产生的磁通量,不可能全部通过铁芯,有一小部分漏到铁芯外（漏磁）

不仅如此电流通过变压器线圈会发热,铁芯在交变磁场的作用下也会发热,所以实际的变压器工作时有能量损失。现在,由于在材料和技术上采取了许多有效措施,实际大型变压器的效率（输出与输入的电功率之比）可高达97－99.5％,电能损耗可以很少．如果我们设想有一种完全没有能量损耗的变压器,称它为理想变压器,这种变压器应具备哪些条件？

学生自己归纳后得出：①原副线圈没有电阻；②无磁感线漏失；③铁芯不发热．④电感很大

师：理想化是科学研究中一种常用的重要方法,在前面学习中,我们通过这一方法得到了许多重要的物理模型（如质点）．现在,我们弄清了变压器工作时起作用的各种因素,通过分清主次,并突出主导因素,建立了理想变压器的模型．对于理想变压器,

2

121n n U U

2121n n U U =

n 1>n 2时,U 1>U 2 为降压变压器

n 1

对于理想变压器不考虑漏磁和能量的损耗得出P 入=P 出即功率相等。在此基

础上推导电流之比与匝数成反比：1

221n n I I = 输入电压决定输出电压

变压器中的决定关系 输入功率决定输出功率 P 入=P 出

输出电流决定输入电流

1

221n n I I = 5．讨论能量转化问题

设问：从能量角度看,变压器本身不能产生电能,副线圈的电能从何而来？

学生讨论,师生共同得出副线圈的电能的来源：原线圈的电能→磁场能→副线圈的电能。

师：从这个角度可以说变压器是一个传递能量的装置。

6．常见变压器

实际应用中,需要改变交流电压的场合是很多的,大型发电站发出的电压为几万伏,而远距离输电却需要几十万伏以上的电压,各种用电设备所需的电压也不相同,有了变压器,交流的电压很容易改变,来得到所需要的电压,所以变压器得到很广泛的应用。

1）自耦变压器：也叫调压变压器。

展示图片及结构示意图

学生根据结构示意图总结调压变压器的特点：（1）只有一个线圈,线圈的起始端既是原线圈的一端,也是副线圈的一端。（2）输出电压在一定的范围内连续可调