《变压器》教学设计
2015-10-14李永东
李永东
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）10-0054-02
[教学目标]
（一）知识与技能
1.知道变压器的构造，理解互感现象，理解变压器的工作原理。
2.理解理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。
（二）过程与方法
1.在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用理想化模型分析问题、解决问题的能力。
（三）情感态度价值观
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]
1.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。
2.从电磁感应的角度和能量的转化与守恒的角度深刻理解变压器的工作原理。
[教学难点]
1.“探究变压器的匝数与线圈两端的电压的关系”实验。
2.从能量的转化与守恒的角度理解变压器的工作原理。
教学用具：学生电源、可拆变压器、电压表、小灯泡等
[教学过程]
一、课前实验演示
演示1：一个线圈与小灯泡构成闭合电路，另一个线圈接电源，两个线圈并排放置，启发学生思考可能看到的实验现象。
演示2：把两个线圈套在一个铁芯上，让学生观察现象，并进行交流。
演示3：让铁芯闭合，观察现象，启发学生思考，把学生思维调动到高点，开始变压器的学习。
设计意图1：对课本实验创新设计，分三个梯度进行演示，层层深入，环环相扣，引领学生打开求知的思维之门，激发学习兴趣，同时让学生深刻理解铁芯的作用及互感现象，为学习变压器的原理及理解变压器理想化模型埋下伏笔。
二、学生提出质疑（教师预设）
问题1.什么是变压器？
问题2.铁芯导电吗？铁芯的作用是？
问题3.变压器副线圈为何有电流？
问题4.变压器为何能改变电压？是如何改变的？（教师预设所有问题，并引导学生提出问题）
三、变压器的构造
（一）构造：
1.闭合铁芯
2.原线圈（初级线圈）
3.副线圈（次级线圈）
（二）示意图
（三）电路图中符号
四、变压器的工作原理
（一）互感现象
交变电压加在原线圈上，原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量，这个交变的磁通量不但穿过原线圈，也穿过副线圈，所以也在副线圈中激发感应电动势。副线圈两端连着负载，副线圈中就会产生感应电流。它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。
（二）变压器工作时怎样实现能量转化的呢
原线圈的电能一闭合铁芯的磁场能一副线圈的电能
思考1：利用变压器怎样才能获得不同的电压呢？副线圈的电压可能与什么有关呢？有什么定量的关系呢？
五、探究原副线圈两端的电压与匝数关系
全班学生分成两部分，分别从实验方法和理论推导探究原副线圈两端的电压与匝数关系。尊重学生主体地位发挥教师主导作用，让学生体验形成过程，体验成功的快乐。
（一）实验方法：全班分成10个小组，1、3、5、7、9组完成课本42页的探究实验
1.看课本42页的探究实验，组内合作探究，设计实验。
2.根据实验数据，总结总变压器线圈两端的电压与匝数的关系。
实验使用方法：控制变量法
小组代表展示，得出结论：变压器线圈两端的电压与匝数成正比。
（二）理论推导
请根据互感原理推导变压器原、副线圈的电压与匝数的关系（2、4、6、8、10组完成）
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西，则原副线圈中产生的感应电动势分别为：
原线圈回路有：U1E1=I1r1
副线圈回路有：E2=U2+L2r2，若原、副线圈的电阻忽略不计，忽略漏磁，则原、副线圈两端电压与电动势的关系分别为U2=E2，U1=E1。
小组代表展示，得出结论：变压器线圈两端的电压与匝数成正比。
（教师引入理想化物理模型结合实物展示，学生学得更轻松。）
六、理想变压器
理想变压器的特点：
1.线圈无电阻；2.磁通量无漏失；3.铁芯不发热。
实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的大变压器，在满负荷工作时效率可达97%～99%，所以理论研究时我们把它当成理想变压器是没有问题的。
七、理想变压器的运行规律：（设计意图：把理想变压器特点放在论理推导后面，可以使学生对特点理解更深刻，让学生亲身体验抓主要因素，忽略次要因素的这一重要研究方法。）
在探究的基础上，教师指导学生自己推导，培养自主学习的能力。
（一）电压规律：
理想变压器原副线圈端电压之比等于这两个线圈的匝数之比。
（二）电流规律：
理想变压器输入功率必然等于输出功率，即P入=P出：U1I1=U2I1，则：理想变压器工作时原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比。
思考：理想变压器的电压关系和电流关系是不是用一个正比和反比可以简单地概括？会随着变压器结构的改变而改变吗？（引领学生分析得出结论：实质是根据能量守恒定律和法拉第电磁感应定律推导。）
达标检测；
课堂小结自主归纳；
作业布置：有多个副线圈的理想变压器的电压电流与匝数关系？
责任编辑 文思
