人教版高中物理选修3-2第五章第4节《变压器》导学案(9页).doc

-人教版高中物理选修3-2第五章第4节变压器导学案-第 9 页第4节 变压器概述变压器是交流电路中常见的一种电器设备，也是远距离输送交流电不可缺少的装置本节内容是电磁感应知识与交变电流概念的综合运用，承上启下，体现了交变电流的优点。学习变压器可以使学生了解电磁感应现象的广泛应用，开拓学生视野，提高学习物理的能力和兴趣；学习变压器能够从能的转化和传递的角度进一步强化对电磁感应现象的认识，并为学习远距离输电奠定基础本节教学的重点是由实验得出理想变压器的变压规律,并由理想变压器工作时能量损耗忽略不计这一条件得出输入功率和输出功率相等而推导出变流规律。三维学习目标（一）知识与技能1.通过讨论匀强电场对试探电荷做功，知道静电力做功与路径无关的特点；2.将静电力做功与重力做功类比，理解静电力做功与电势能变化的关系，认识电势能的相对性；3.知道电势的定义方法及其定义公式、单位；4. 明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系；5.知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面。（二）过程与方法1.通过观察演示实验，培养学生的观察能力；2.使用控制变量法探究变压器电压、匝数关系，能够处理实验数据并总结概括，得出结论；3.体会理想变压器的概念，理解物理模型的意义；（三）情感态度价值观1.通过对变压器的认识，体会事物间普遍联系的观点；2.领略数学表达式描述物理规律的简洁性；3.体会能量守恒定律的普遍性和统一性；4.加深“互感”的理解，体验物理的“对称美”。学习本节学生的优势和不足学生通过电磁感应的学习，对磁生电有了基本的掌握，通过交变电流前两节的学习，也已掌握了交变电流的特点，已经具有了学习本节的必备知识。主要学习活动活动1：自主学习：变压器的构造。活动2：自主学习：变压器的原理。活动3：了解理想变压器模型。活动4：探究：电压与匝数的关系。活动5：自主探究：电流与匝数的关系。活动6：习题练习预期的学习成果1.知道变压器的结构特点2.理解变压器的工作原理3.能够理解理想变压器模型的意义4.会使用公式进行相关的计算，能够完成知识的迁移解决相关问题学习活动设计一、学生活动活动1同学间交流、补充电珠的亮、暗。两人一组拆开可拆式变压器，观察变压器的组成：一个闭合铁心和两个绕在铁心上的线圈。闭合铁心是由极薄彼此绝缘的硅钢片叠压而成。将拆过的可拆式变压器重新组装完整，并按电路图将一个线圈连接学生电源的交流输出端，另一个线圈连接小灯泡的两端，观察小灯泡是否会发光。认识变压器结构示意图和电路符号图。活动2思考并进行讨论交流：（1）原线圈通过交流电时，在原线圈是否会产生磁场？（2）所产生的磁场是恒定的还是变化的？（3）副线圈中的磁场和原线圈的磁场变化规律是否相同？（4）通过副线圈的变化的磁通量会产生感应电动势吗？总结变压器工作原理。活动3结合以前所学的知识，讨论交流变压器的能量损耗及减小损耗的方法。活动4设计交流试验方案；交流试验数据和结论讨论交流：（1）一理想变压器，原线圈匝数为880 匝，接到 220V 的交流电源上，现要使副线圈输出的电压10V ，则这个副线圈为_匝，要使副线圈输出的电压为250V ，则应使它为_匝 （2）一理想变压器原副线圈匝数之比为1 ：22,原线圈两端接10V干电池,则副线圈两端电压为_活动5思考：副线圈电能的来源推导：电流与匝数的关系试总结本小节的收获。二、教师活动一、引入新课问：将额定电压3.8 V的电珠，直接接在220 V电源上会有什么样的结果呢？（投影图片），如果这样子连接，又有什么结果呢？闭合开关，灯泡正常发光。问：中间的仪器有什么作用呢？二、变压器的原理活动1请同学们观察变压器的实物投影，了解变压器的基本结构。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的。同学们要认识变压器的构造示意图和电路符号。活动2问：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？问：请同学们阅读教材，思考变压器的工作原理。请学生回答，其它同学补充。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。问：变压器能改变稳恒直流的电压吗？三、电压与匝数的关系为了更好地认识变压器，特提出理想变压器模型。活动3变压器在工作时，会有哪些能量的损失呢/原、副线圈中的交变电流共同产生的磁通量，有一小部分漏到铁芯外（漏磁）使得能量有损失。同时实际变压器都是有损耗的。一只变压器如果没有漏磁，且能忽略各种损耗，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，变压器输出电功率必然等于输入电功率，即P入=P出。大型变压器一般可以看成是理想变压器。理想化是科学研究中常用的重要方法，其要领是“分清主次，抓住主要矛盾”。建立理想变压器模型，不仅有理论上的意义，而且为提高实际变压器效率指出了方向。活动4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？如何设计实验呢？学生交流后，给出连接图和可能用到的实验表格：n1（匝）n2（匝）U1（V）U2（V）                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16V（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。在学生完成后，展示数据，引导学生分析数据。思考：1 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？试写出它们之间的关系式。2  要使电压经过变压器后电压升高，副线圈的匝数比原线圈的匝数多还是少？若要使电压降低呢？待学生交流后，问：为什么理论上计算的 U2的值比实验中测得的值大？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。公式只适用于理想变压器。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四、电流与匝数的关系活动5变压器在变压的同时，电流强度一定发生改变。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？请同学们推导原、副线圈中的电流关系。教师巡视指导，同学交流展示推导结果。结论：I与n成_比；I1和I2成_比交流讨论：案例：如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比n1n2n3.解析：由于四个规格相同的灯泡都正常发光，所以三个线圈中的电流均相同，即I1=I2=I3=I.设n1、n2、n3三个线圈两端的电压分别为：U1、U2、U3，接在原线圈中灯泡两端的电压为U0，则有：U0=U3=，所以，即设电源电压为U，则有U=U0+U1根据理想变压器输入功率等于输出功率，则有：UI=U0I+U2I+U3I，即UI=4U3I所以U=4U3，U1=U-U0=3U3即，即因此三个线圈的匝数比n1n2n3=321.点评：对理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是普遍适用的规律，对于有几个副线圈的理想变压器，电流公式就不能使用了。活动6当堂练习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的电池上，则副线圈两端电压为 （ ）A.36 VB.6 V C.1 VD.0 V解析：因为电池是稳恒直流电源。答案：D点评：从变压器的工作原理入手思考。2当理想变压器副线圈空载时，副线圈的 （ ）A.负载电阻为0 B.输出电流为0C.两端电压为0 D.输出功率为0答案：BD点评：空载相当于负载电阻无穷大3理想变压器原、副线圈的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们的关系，正确的是 （ ）A.I2由I1决定 B.U2与负载有关C.P1由P2决定 D.U1由U2决定解析：变压器工作时，原线圈接在电源上，对理想变压器来说，原线圈电压U1总等于电源电压，即U1是由电源电压决定，由U2=U1知，对于一定变压器来说一定，U2是由U1决定，当U1一定时，U2是由决定，即U2与负载无关，即B和D错。由I1=U1知，U1和确定时，U2是确定的，而I2=，R为负载电阻，R变化时，I2发生变化，从而引起I1发生变化，因此I1由I2决定，所以A错.负载电阻变化，会引起副线圈电流变化，从而引起输出功率P2变化，P2变化又会引起P1的变化，即P1是由P2决定的，所以正确答案是C.答案：C点评：对于一定的变压器来说，U2由U1决定，I1由I2决定，P1由P2决定4一台理想变压器原、副线圈匝数比为221，当原线圈两端输入u1=220sin314t V的交变电压时，下列说法正确的是 （ ）A.副线圈两端电压为12 VB.副线圈接一10 电阻时，原线圈中的电流为1 AC.副线圈接一10 电阻时，原线圈中输入功率为10 WD.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是220 V解析：原线圈两端的电压为U1=220 V，由变压器的变压比=得副线圈两端电压为U2=10 V，副线圈接一10 电阻，副线圈中电流I2=1 A，电功率P2=U2I2=10 W，原线圈输入功率也为10 W；由变压器的变流比得I1= A，铁芯中磁通量的变化率最大值为，由于具体的匝数未知，所以磁通量变化率的最大值未知.所以正确答案是C.答案：C点评：利用理想变压器的关系 求解5一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2倍 （ ）A.次级线圈的匝数增加为原来的2倍B.初级线圈的匝数增加为原来的2倍C.负载电阻变为原来的2倍D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的2倍解析：变压器的输入功率由输出功率决定，即P入=P出，输出功率P出=，U增大为原来的2倍，负载电阻也变为原来的2倍时，P出为原来2倍。答案：D点评：输入功率由输出功率决定6用理想变压器给负载R供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流 （ ）A增加原线圈的匝数B增加副线圈的匝数C减小负载电阻R的数值D增加负载电阻R的数值解析：根据，P入=P出，即I1U1=I2U2，I2=得变压器原线圈中的电流I1=，即输入电流与n1、n2、U1、R都有关系，U1不变，要减小I1，需增大R的阻值，或增加原线圈匝数n1，或减小副线圈匝数n2.答案：AD点评：原线圈中电流由输出电流决定7在图所示的电路中，理想变压器的变压比为21，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么 （ ）A. L1和L2都能正常工作B.L1和L2都不能正常工作C.L1和L2中只有一个能正常工作D.条件不足，无法判断解析：根据电流与线圈匝数的关系进行分析，由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡L3、L4，每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈 中的电流等于一个灯泡额定电流的两倍；根据原、副线圈的电流与匝数成反比，可知原线圈中的电流等于副线圈中电流的二分之一，即恰好等于灯泡L1、L2的额定电流，从而判定：L1、L2都能正常发光.答案：A点评：由电流和线圈匝数的关系分析。8如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为n1n2=21，电源电压为U，求B灯两端的电压UB为多少?解析：由串联电路分压原理可知U=UA+U1由变压器原理可知：U1U2=21 I1I2=12 由欧姆定律可知：UA=I1R UB=I2R 联立式，得UB=U点评：原线圈上串有灯泡，灯泡与原线圈上电压的分配遵循串联电路的分压原理。9如图中所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比 n1n2=21，交流电源电压U1=220 V，F为熔断电流为I0=1.0 A的保险丝，负载为一可变电阻.（1）当电阻R=100 时，保险丝能否被熔断?（2）要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多少?解析：由得副线圈两端的电压U2=U1=×220 V=110 V（1）当R=100 时，副线圈中电流I2= A=1.10 A由U1I1=U2I2得原线圈中的电流为I1=I2=×1.10 A=0.55 A由于I1I0（熔断电流），故保险丝不会熔断.（2）设电阻R取某一值R0时，原线圈中的电流I1刚好到达熔断电流I0，即I1=0.1 A，则副线圈中的电流为I2=·I1=2×1.0 A=2.0 A变阻器阻值为：R0= =55 此时变压器的输出功率为P2=I2·U2=2.0×110 W=220 W可见，要使保险丝F不被熔断，电阻R的阻值不能小于55 ，输出的电功率不能大于220 W点评：当保险丝中电流是I0时，负载电阻应为允许最小的值。实施方案诱思探究教学法使用说明本节课突出学生主体特征，通过情景、问题、实验、合作、讨论、交流等教学元素，注重探究式学习过程，注重在教学过程中渗透科学方法教育，让学生构建关于变压器的新知识并注意知识目标的落实，紧扣课程标准要求，达成预定的教学目标。注意课题的引入，精心设计了一个试验段含有发电站、高压输送电路、低压变电所、各种的变压器和洗衣机、电视机显像管、半导体收音机等电器的不同额定电压的视作为课题的引入，既激活了课堂教学气氛，也有效地调动学生的学习热情。