《变压器》 教学设计案例

【教学设计说明】

1．“变压器”课题的教学应围绕“什么是变压器？”“变压器副线圈为什么有电压？”“变压器为什么能改变电压？”“变压器是怎样改变电压、电流的？”等问题为线索展开教学过程．

针对学生现有的知识水平和认知特点，在不增加教学难度的前提下，可采用定性分析和定量推导相结合、实验探究和理论推导相结合的方法，使学生先在实验探究中发现电压与线圈匝数之间存在的关系，然后从电磁感应原理出发解释和推导这一关系．这样处理，学生对变压器的变压原理的理解将更加深刻，学生的实验能力和理论分析能力将同时得以训练和培养．

2．以能量的转化和传输为核心，突出变压器的理想化模型，应是处理本节课教学内容所遵循的基本原则．

教学中通过引导学生分析变压器传输电能时因各种原因而产生的电能损耗，提出变压器的理想化条件，建立理想模型，在此基础上进一步分析导出理想变压器原副线圈的功率关系、电压关系和电流关系．这样处理教学思路严谨清晰，教学过程自然流畅，不仅能使学生准确理解理想变压器的工作原理和工作特性，而且能使学生再次学习建立物理模型的方法，有利于提高他们的分析概括能力．

l         教学目标

1．知道变压器的构造,理解变压器的工作原理。

2．理解理想变压器的原、副线圈中电压与匝数关系，电流与匝数关系。

3．知道几种常见的变压器。

4．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。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。

5．进行科学态度、科学方法的教育，了解理想化模型在物理学研究中的重要性。

l         重点难点

1．重点：通过实验探究得到变压器原副线圈电压和匝数的关系；

2．难点：理想变压器电压与匝数关系的分析推导。

l         教具准备

学生电源、可拆变压器、交流电压表、小灯泡、多用电表（交流电压档）。

【教学过程】

一、创设情境，激趣导入

1．在实际使用中，我们常常需要不同电压的交流电。如表所示：

用电器

额定工作电压

用电器

额定工作电压

随身听

3V

机床上的照明灯

36V

扫描仪

12V

防身器

3000V

手机充电器

4.2V 　4.4V　 5.3V

黑白电视机显像管

几万伏

录音机

6V  9V 　12V

彩色电视机显像管

十几万伏

平常市电的电压是220伏，那该怎么办呢？——我们需要变压器。（让学生体会到变压器作用的实际意义）

2．多媒体展示变压器的种类和式样（让学生对实际变压器有感性认识）；

3．引导学生观察可拆变压器的构造，并通过示意图明确下列概念：

原线圈——与电源相连，输入电压U1，线圈匝数为n1

副线圈——与用电器相连，输出电压U2，线圈匝数为n2

铁芯——有何特点？

变压器是如何变压的呢？有什么规律？这就是我们今天要探究的课题。

二、实验探究变压器的变压规律

1．引导学生讨论探究的方案 

猜测原副线圈的电压与什么因素有关，由法拉第电磁感应定律公式可能想到与线圈匝数有关。

实验仪器为学生电源(低压交流12V)、可拆变压器、多用电表(交流电压档)；设计并画出实验电路图；设计实验操作步骤；记录实验数据，可以设计一个表格。

2．学生分组实验----控制变量法

保持原线圈电压和匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响；

保持原线圈电压和副线圈匝数不变，改变原线圈匝数，研究原线圈匝数对副线圈电压的影响。

3．引导学生分析数据，并归纳出：原线圈电压和匝数不变时，副线圈匝数越多，U2 越大。原线圈电压和副线圈匝数不变时，原线圈匝数越少，副线圈电压越高。在实验误差范围内，原副线圈电压比跟原副线圈的匝数比成正比。

三、师生理论推导

1．师生共同分析互感原理

变压器为什么能改变交流电的电压？（提供时间让学生讨论，猜测，提出假设，理论论证，再共同分析）

2．铁芯的作用分析

在互感过程中，铁芯起到了一个什么样的作用呢？（学生猜测）

发现现象：演示实验，使可拆变压器的铁芯由不闭合到闭合，如图所示，接在副线圈两端的小灯泡亮度从较小到正常发光。

提出问题：小灯泡的亮度为什么会变亮？

讨论猜想：若无铁芯或铁芯不闭合时，原线圈中的磁感线只有一小部分贯穿副线圈，大部分漏失在外，有了闭合铁芯，由于铁芯被磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，贯穿副线圈，大大增强了变压器传输电能的作用．可见，漏失的磁感线不能起到传输电能的作用。有了闭合铁芯后，漏失的磁感线大大减少。

总结提高：变压器——电能→磁能→电能。铁芯起到了能量转换的作用。

3．能量损耗分析

从原线圈输入100J的能量，副线圈上一定可以输出100J能量吗？

引导学生讨论：实际的变压器在运行时，那些地方有能量损耗呢？ 

（磁感线漏失磁，线圈电阻发热，铁芯涡流）

4．理论探求变压器原副线圈的电压和匝数的关系。

在忽略以上能量损失的条件下，引导学生进行如下推导：

①因无漏磁，通过原、副线圈的磁通量及其变化率都相等，即

Φ1＝Φ2，ΔΦ1＝ΔΦ2．

②原、副线圈产生的感应电动势分别为

1＝ｎ1（ΔΦ1／Δｔ）， 2＝ｎ2（ΔΦ2／Δｔ）．

③因原、副线圈没有电阻，原副线圈两端电压与电动势的关系分别为

Ｕ1＝ 1，Ｕ2＝ 2．

④由此可得出原副线圈的电压与匝数的关系为

Ｕ1／Ｕ2＝ｎ1／ｎ2．

5．理想变压器模型的建立

在变压器的电磁感应过程中，电能和磁能的相互转化是最主要的因素，而伴随而来的损耗是一些次要因素。为了研究的方便，我们突出主要因素，忽略次要因素。这是科学研究的一种常用方法。那么我们可以把实际的变压器抽象成理想变压器——一个没有能量损耗的理想变压器。即 P1=P2  。

6．学生自主推导理想变压器原副线圈电流与匝数的关系

理想变压器输入的电功率等于输出的电功率，即

P1=P2

U1I1=U2I2

由此可得，　　　　　　　　　 

所以，理想变压器的原副线圈的电流跟他们的匝数成反比。

由这一关系，可知若是高压线圈匝数多，但电流小，可用较细的导线，可以节省材料；若是低压线圈匝数少但是电流大，就要用较粗的导线。所以，我们可以从导线的粗细来判断其匝数的多少，进而判断使升压变压器还是降压变压器。

四、系统归纳，总结全课

在本节课学习中，我们学到了哪些知识？使用了哪些思想方法？请同学们总结归纳。

五、学以致用，知识延伸

如何测量高压线上的交流电压？

分析电压互感器并延伸介绍电流互感器以及其他常见变压器。

【教学反思】

1．重视问题情境的创设和学生思维动机的激发，引导学生主体积极参与教学，主动地探究和建构知识，是优化本课题教学过程的有效途径．

2．教学中要重视课题的方法教育功能（实验方法、理想化方法等）和学生思维能力、探究能力的培养．要力图将本课题的教学转变成为师生共同参与的启发式问题探究课，在教学中以实验为载体展开过程，以问题为线索将课堂教学组织起来，通过积极创设问题情境，力求使实验与思维有机结合，层层递进，使学生始终处于积极参与探究的状态之中，充分展现物理课教学的特点和魅力