高中物理变压器教案.docx

文本为Word版本，下载可任意编辑高中物理变压器教案高中物理变压器教案1 教学目标 一、知识目标 1、知道变压器的构造。知道变压器是用来改变交流电压的装置。 2、理解互感现象，理解变压器的工作原理。 3、掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。 4、理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，能应用它分析解决基本问题。 5、理解变压器的输入功率等于输出功率。能用变压器的功率关系解决简单的变压器的电流关系问题。 6、理解在远距离输电时，利用变压器可以大大降低传输线路的电能消耗的原因。 7、知道课本中介绍的几种常见的变压器。 二、能力目标 1、通过观察演示实验，培养学生物理观察能力和正确读数的习惯。 2、从变压器工作规律得出过程中培养学生处理实验数据及总结概括能力。 3、从理想变压器概念引入使学生了解物理模型建立的基础和建立的意义。 三、情感目标 1、通过原副线圈的匝数与绕线线径关系中体会物理学中的和谐、统一美。 2、让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。 3、培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。 教学建议 教材分析及相应的教法建议 1、在学习本章之前，首先应明确的是，变压器是用来改变交变电流电压的。变压器不能改变恒定电流的电压。互感现象是变压器工作的基础。让学生在学习电磁感应的基础上理解互感现象。这里的关键是明白原线圈和副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通量的变化时刻都是相同的。因而，其中的感应电动势之比只与匝数有关。这样原、副线圈的匝数不同，就可以改变电压了。 2、在分析变压器的原理时，课本中提到了次级线圈对于负载来讲，相当于一个交流电源一般情况下，忽略变压器的磁漏，认为穿过原线圈每一匝的磁通量与穿过副线圈的磁通量总是相等的。这两个条件，都是理想变压器的工作原理的内容。利用课本中的这些内容，教师在课堂上，首先可以帮助学生分析变压器原理，原线圈上加上交变流电后，铁心中产生交变磁通量；在副线圈中产生交变电动势，则副线圈相当于交流电源对外供电。在这个过程中，如果从能量角度分析，可以看成是电能（原线圈中的交变电流）转换成磁场能（铁心中的变化磁场），磁场能又转换成电能（副线圈对外输出电流）。所以，变压器是一个传递能量的装置。如果不计它的损失，则变压器在工作中只传递能量不消耗能量。 要使学生明白，理想变压器是忽略了变压器中的能量损耗，它的输出功率与输入功率相等，这样才得出原、副线圈的电压、电流与匝数的关系式。在解决有两个副线圈的变压器的问题时，这一点尤其重要。当然，在初学时，有两个副线圈的变压器的问题，不做统一要求，不必急于去分析这类问题。对于学有余力的学生，可引导他们进行分析讨论。 3、学生对变压器原理和变压器中原、副线圈的电压、电流的关系常有一些似是而非的模糊认识，引导学生认真讨论章后习题，对学生澄清认识会有所帮助。 4、变压器的电压公式是直接给出的。课本中利用原、副线圈的匝数关系，说明了什么是升压变压器和什么是降压变压器，这也是为了帮助学生能记住电压关系公式。利用变压器的输出功率和输人功率相等的关系，得到了I1I2=U1U2。建议教师做好用输出负载调节输入功率的演示实验。引导学生注意观察，当负载端接入的灯泡逐渐增多时，原、副线圈上的电压基本上不发生变化，原线圈中的电流逐渐增大，副线圈中的电流也逐渐增大。 5、介绍几种常见的.变压器，是让学生能见到真实的变压器的外型和了解变压器的实际构造。教师应当尽可能多地找一些变压器的给学生看一看。变压器在生产和生活中有十分广泛的应用。课本中介绍了一些，教学中可根据实际情况向学生进行介绍，或看挂图、照片、实物，或参观，以开阔学生眼界，增加实际知识 6、电能的输送，定性地说明了在远距离输送电能时，采用变压器进行高压输电可以大大减少输电线路上的电能损失。这里重点描述了输电线上的电流大小与造成的电热损失的关系，教师应帮助学生分析，理解采用高压输电的必要性。 教学重点、难点、疑点及解决办法 1、重点：变压器工作原理及工作规律。 2、难点： （1）理解副线圈两端的电压为交变电压。 （2）推导变压器原副线圈电流与匝数关系。 （3）掌握公式中各物理量所表示对象的含义。 3、疑点：变压器铁心是否带电即如何将电能从原线圈传输出到副线圈。 4、解决办法： （l）通过演示实验来研究变压器工作规律使学生能在实验基础上建立规律。 （2）通过理想化模型建立及理论推导得出通过原副线圈电流与匝数间的关系。 （3）通过运用变压器工作规律的公式来解题使学生从实践中理解公式各物理量的含义 高中物理变压器教案2 中国民用供电使用三相电作为楼层或小区进线，多用星形接法，其相电压为220V，而线电压为381V（近似值），需要中性线，一般也都有地线，即为三相五线制。而进户线为单相线，即三相中的一相，对地或对中性线电压均为220V。一些大功率空调等家用电器也使用三相四线制接法，此时进户线必须是三相线。工业用电多使用6kV以上高压三相电进入厂区，经总降压变电所、总配电所或车间变电所变压成为较低电压后以三相或单相的形式深入各个车间供电。 一、知识目标 1、知道三相交变电流是如何产生的了解三相交变电流是三个相同的交流电组成的 2、了解三相交变电流的图象，知道在图象中三个交变电流在时间上依次落后13周期 3、知道产生三相交变电流的三个线圈中的电动势的最大值和周期都相同，但它们不是同时达到最大值（或为零） 4、了解三相四线制中相线（火线）、中性线、零线、相电压、线电压等概念 5、知道什么是星形连接、三角形连接、零线、火线、线电压及相电压 二、能力目标 1、培养学生将知识进行类比、迁移的能力 2、使学生理解如何用数学工具将物理规律建立成新模型 3、训练学生的空间想象能力的演绎思维能力 4、努力培养学生的实际动手操作能力 三、情感目标 1、通过了解我国的电力事业的发展培养学生的爱国热情 2、让学生在学习的过程中体会到三相交流电的对称美 教学建议 教材分析 三相电流在生产和生活中有广泛的应用，学生应对它有一定的了解但这里只对学生可能接触较多的知识做些介绍，而不涉及太多实际应用中的具体问题三相交变电流在生产生活实际中应用广泛，所以其基本常识应让每个学生了解 教法建议 1、在介绍三相交变电流的产生时，除课本中提供的插图外，教师可以再找一些图片或模型，使学生明白，三个相同的线圈同时在同一磁场中转动，产生三相交变电流，它们依次落后13周期三相交变电流就是三个相同的交变电流，它们具有相同的最大值、周期、频率每一个交变电流是一个单相电 2、要让学生知道，三个线圈相互独立，每一个都可以相当于一个独立的电源单独供电由于三个线圈平面依次相差120o角它们达到最大值（或零）的时间就依次相差13周期用挂图配合三相电机的模型演示，效果很好 让三个线圈通过星形连接或三角形连接后对外供电，一方面比用三个交变电流单独供电大大节省了线路的材料，另一方面，可同时提供两种不同电压值的交变电流教师应组织学生观察生活实际中的交变电流的连接方式，理解课本中所介绍的三相电的连接 教学设计方案 三相交变电流 教学目的 、知道三相交变电流的产生及特点 、知道星形接法、三角形接法和相电压、线电压知识 教具：演示用交流发电机 教学过程： 一、引入新课 本章前面学习了一个线圈在磁场中转动，电路中产生交变电流的变化规律如果三组互成120°角的线圈在磁场中转动，三组线圈产生三个交变电流这就是我们今天要学习的三相交变电流 板书：第六节三相交变电流 二、进行新课 演示单相交流发电机模型：只有一个线圈在磁场中转动，电路中只产生一个交变电动势，这样的发电机叫单相交流发电机它发出的电流叫单相交变电流 演示：三相交流发电机模型，提出研究三相交变电流的产生 板书：一、三相交变电流的产生 、三相交变电流的产生：互成120°角的线圈在磁场中转动，三组线圈各自产生交变电流 、三相交变电流的特点：最大值和周期是相同的 板书：三组线圈到达最大值（或零值）的时间依次落后1/3周期 我们还可以用图像描述三相交变电流 板书：三相交变电流的图像 三组线圈产生三相交变电流可对三组负载供电，那么三组线圈和三个负载是怎样连接的呢？ 板书：二、星形连接和三角形连接 1、星形连接 说明：在实际应用中，三相发电机和负载并不用条导线连接，而是把线圈末端和负载之间用一条导线连接，这就是我们要学习的星形连接 把线圈末端和负载之间用一条导线连接的方法叫星形连接（符号） 端线、火线和中性线、零线 从每个线圈始端引出的导线叫端线，也叫相线，在照明电路里俗称火线从公共点引出的导线叫中性线，照明电路中，中性线是接地的叫做零线 相电压和线电压 端线和中性线之间的电压叫做相电压 两条端线之间的电压叫做线电压 我国日常电路中，相电压是220、线电压是380 2、三角形连接 把发电机的三个线圈始端和末端依次相连的方式叫三角板连接（符号） 相电压和线电压 两条端线之间的电压就是其中一个线圈的相电压，所以三角形连接中相电压等于线电压 高中物理变压器教案3 新课标要求（一）知识与技能 1知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。 2理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。 （二）过程与方法 在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。 （三）情感、态度与价值观 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 探究变压比和匝数比的关系。 教学难点 探究变压比和匝数比的关系。 教学方法 实验探究法、阅读法、讲解法。 教学工具 学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡 教学过程 （一）引入新课 师：在实际应用中，常常需要改变交流的电压。大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220V的电压，机床上的照明灯需要36V的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过10V，而电视机显像管却需要10000V以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。 （二）进行新课 1变压器的原理 思考与讨论： 师：按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。 生：灯泡亮了。 师：两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？ 生1：当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。 生2：实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。 师：变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。 师：画出变压器的结构示意图和符号，互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。 师：在输入电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压也不一样，变压器由此得名。那么，变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面我们通过实验来探究。 实验目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干 实验步骤： （1）按图示电路连接电路 （2）原线圈接低压交流电源6V，保持原线圈匝数n1不变，分别取副线圈匝数n2=1，n1=2，n2=1用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。 （3）原线圈接低压交流电源6V，保持副线圈匝数n2不变，分别取原线圈匝数n1=n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。U16V （4）总结实验现象，得出结论。 注意事项：（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电路连接无误才能接通电源。 （2）注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过12V （3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的挡位进行测量。 2电压与匝数的关系 师：从实验中可以发现什么规律？ 生：原、副线圈两端的电压之比等于两个线圈的匝数之比。 师：写出数学表达式。 生：U1n1X U2n2=U1n1XU2n2，只适用于理想变压器。 师：电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作时存在能量损失。没有能量损失的变压器叫做理想变压器。 实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。 师：理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？ 生：因为理想变压器没有能量损失，所以P出=P入 师：若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系？ 生：据P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1 则：I1U2n2=I2U1n1 师：上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。 如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。那么两种变压器的匝数关系如何？ 生：升压变压器，n2n1，降压变压器，n2n1。 师：两种变压器原副线圈电流的大小关系如何？ 生：升压变压器，I2I1。 师：在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是细一些好？降压变压器呢？ 生：因为升压变压器，I2I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。 师：课后请大家阅读教材47页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。 （三）课堂总结、点评 本节课主要学习了以下内容： 1变压器主要由铁芯和线圈组成。 2变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。 3理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有P输出=P输入 U1N1IN 1X2 U2N2=I2N1 （四）实例探究 理想变压器基本规律 一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等（） A交流的频率 C电功率 B电流的有效值 D磁通量变化率 解析：变压器可以改变原副线圈中的电流，因此原副线圈中的电流不一定有相同有效值，所以选B。由于穿过原线圈的磁通量全部穿过副线圈，因而原副线圈的磁通量变化率相同，D错。变压器的工作基础是电磁感应，副线圈中感应的交流频率与原线圈交流频率是相同的，A错。理想变压器原线圈输入功率等于副线圈输出功率，因此C错。答案：B 点评：变压器工作时，原副线圈电压和电流不一定相同，但对理想变压器来说，原副线圈一定相同的量有（1）电功率，（2）磁通量变化率，（3）交流的频率 理想变压器的综合应用 如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则（） A保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大 B保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小 C保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大 D保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大 解析：K由a合到b时，n1变小，而UI1n2n得I1=2I2由I2=2，RI2n1n1nUn，U2=2U1所以I1=22·1·U1，n2和R不变，n1减小时I1增大，所以A对。 Rn1n1=22n，2n2U2U1，K由b合到a时，P2=，而U2=U1，所以P2=2·。U1、n2和R不变，n1增大时P2，RRn1n1，2减小，所以B对。第 17 页 共 17 页