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人教版 (新课标)选修2第2节 变压器教学设计
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这是一份人教版 (新课标)选修2第2节 变压器教学设计，共9页。
〔1〕实验条件：本校实验室有可拆式变压器组件，学生电源，演示多用表，小灯泡；为了让学生通过实验来体验变压器的工作原理，自制变压器10套：收购废旧小型变压器〔或洗衣机、电扇〕铁芯→重新组装〔洗衣机、电扇铁芯可直接用，但电扇铁芯截面积太小，需要绕的匝数多，不够好〕→裁剪“山〞字形中间“一竖〞〔不裁剪可以，但与教材不衔接〕→把铁芯改为长方形→用绝缘纸包裹铁芯→用Ф0.29mm漆包线绕原线圈220~280匝→用Ф0.40 mm漆包线绕副线圈50~75匝→焊接并固定好导线，以方便学生接线。
〔2〕学生实际：我校学生的知识根底，相对本地其它各校是较有优势的。但多媒体使用后，教师在物理课堂教学中对演示实验、学生实验有所弱化，学生的观察能力、动手能力和实验分析能力欠缺，本节课本着加强演示实验，达成?物理课程标准?之要求来设计和实施。
〔3〕教师自身：热爱教育教学工作，教学经验丰富，对课堂教学有自己的观点。教无止境的认识使自身仍注重课堂实践。教授本节课的目的：尝试探究式教学的运用，完成上级下达的任务；和朋友们合作，付出了大量时间和精力，体验了创新制作变压器的快乐；本人普通话不够标准，且有思维定势的干扰；课堂教学实施是在同事所任教的班上，因学生生疏，肯定有不尽人意之处，敬请各位专家批评指正。
[教学目标] 通过实验，探究并理解理想的单相变压器原、副线圈电压与匝数的关系；输入功率与输出功率的关系；并分类了解电流与匝数的关系；会运用三个关系分析实际案例。
[教学重点] 单相单入单出变压器
[教学难点] 理论推导电压与与匝数的关系
[教学方法] 启发式 、探究式、讲授式结合
[教学用具] 多媒体、U盘；可拆式变压器组件、导线、插座、铝环、有小灯泡的线圈；演示多用表一只、交流250V分压器一个、交流1A分流器一个；自藕变压器一只、接好导线的插口式灯座及白炽灯泡一个；小型可拆式变压器1只，自制变压器10只，小灯泡及灯座10个，学生电源10个；导线、多用插座假设干。
[教学过程]
环节一、知识回忆
1．法拉第电磁感应定律的内容是什么？表达式呢？
2．自感电动势是怎么产生的？作用是什么？表达式呢？自感系数与什么有关？
3．电流做功的表达式是什么？电功率呢？
环节二、图片导入
PPT展示 拍摄的“校园内变压器、环形变压器、自藕变压器等〞照片
师：见过吗？是什么？
生：校园里的变压器
师：变压器在我们身边随处可见，它对我们的日常生活影响重大，本节课我们学习第二节变压器，板书：4.2 变压器
PPT打出学习目标：探究变压器电压与匝数的关系；输入功率与输出功率的关系；电流强度与匝数的关系。
环节三、新授内容
〔一〕结构：
师生活动：教师把可拆式变压器分解为各个散件，让学生观察，并且边分解边讲解。
1．原线圈：与交流电源〔发电机或供电所〕相连的线圈〔学案填写〕
2．副线圈：与用户连接，给负载〔用电器〕供电的线圈
3．闭合铁芯：层状硅钢片彼此绝缘组合，传导磁感线，把电能转化成磁能。
如图1〔PPT打出〕，代表符号如图2所示，其中T=0.02s。
〔二〕实验
〔1〕演示：组合变压器0~1600匝间接交流220V ，0~400匝，接插口式白炽灯。①可动铁芯竖起，把带小灯泡的线圈从上向下移动，让学生观察亮度〔逐渐变亮〕，同时观察白炽灯的亮度〔不亮〕；②把铁芯闭合，再观察白炽灯〔有亮度〕。
〔2〕学生实验：让学生每5人为一组做如图3所示的实验。
〔3〕师生实验：学生用组装后的变压器探究，电压与匝数的关系；用可拆式变压器进行半定量实验，并记录实验数据
表一〔记录〕
表二〔计算〕
〔三〕分析
从表格数据可看出： U1 I1 U2 I2
原理分析：问题导向
问题链1：当原线圈中通入如图4所示的电流时，其两端产生自感电动势吗？大小由什么因素决定？请写出。
讲解：
叫电流的变化率，大小为i1—t图像的斜率，在0~T内，正减负增负减正增，设有效值为E1，那么它与输入电压的有效值U1相等，即E1= U1 自感电动势阻碍电流的增、减、反增、反减。
问题链2：副线圈内的磁场变化吗？在其两端产生感应电动势吗？大小如何？
讲解：假设铁芯不漏磁，那么有
，电动势E2与输出电压U2的有效值相等，即E2 = U2 >
假设S1=S2 ，那么有E2 = U2 >
0~的E1 、E2 的“方向〞如图5所示，0~T内瞬时电压随时间的变化关系如图6所示。
结论1：假设原、副线圈通磁面积相等，且铁芯不漏磁，那么有
〔1〕
即电压与匝数成正比
升压降流：n2>n1 I2降压增流：n2I1
问题链3：原、副线圈有无电阻？通电时，发热吗？什么情况下？电阻小？〔短、粗、电阻率小〕，对于大型变压器，原、副线圈上的电热损耗可忽略不计，形象称为：忽略铜损。
问题链4：铁芯内的磁场变化时，其内是否产生感应电流？〔涡流〕铁芯发热不？把铁芯做成彼此绝缘的层状，有何物理道理？〔减小横截面积，降低涡流发热〕，大型变压器可忽略这种损耗，简称忽略铁损。
结论2；忽略漏磁、铜损、铁损的变压器，叫理想变压器，它自身并不消耗能量，故由能量守恒有或 〔2〕
〔1〕〔2〕联立易得 〔3〕即电流与匝数成反比
环节四：问题延伸
1．实际应用中，常见的变压器有单入多出，如图7所示，是一入三出的理想变压器，请思考应满足什么规律？〔提问学生〕
讲解：电压关系应满足
即 电压与匝数成正比
功率关系应满足
易得出 电流与匝数并非反比关系！
推广为
2．如图8所示的变压器，两个副线圈n2、n3内与原线圈n1内的磁通量变化率能相等吗？电压与匝数的正比关系还能满足吗？
环节五：结合实际
1．大型变压器：〔1〕升压降流：把10KV110、220、330、750KV
〔2〕降压增流：把100KV10KV、220/380V
2．互感器：〔1〕电压互感器：把难测量的高压变成低压测量〔展示实物〕；〔2〕电流互感器：把难测量的大电流变成小电流测量〔展示实物〕。
3．小型变压器；半导体收音机、录音机、电视机内常用〔展示实物〕
4．自藕变压器：观察讲台摆放的实物，并通过灯泡亮度变化让学生获得体验，分析说明图9。
环节六：课堂测评
练1．变压器能否改变恒定电流？为什么？
练2．变压器线圈中的电流越大，所用导线越粗，街头见到的变压器是降压变压器，假设它是单入单出变压器，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？
练3．理想变压器的原线圈连接一个电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图10所示.在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.那么( )
A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大
B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小
C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大
D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小
【答案】BC
练4.如图11所示，变压器的输入电压U一定，两个副线圈的匝数是n2和n3.当把电热器接a、b，让c，d空载时，安培表读数是I2；当把同一电热器接c、d，而a、b空载时，安培表读数是I3，那么I2∶I3等于( )
A. B. C. D.
【答案】C
环节七 课堂小结
原、副线圈等磁，电压与匝数成正比
理想变压器，P入=P 出
3.单入单出：电流与匝数成反比
布置作业：
1．请把课堂练习3、4的分析过程写在作业本上
2．作课本课后练习2、3
板书规划
后记
借班上课，且教学以实验为主线，学生的好奇心得到满足，学生说“物理还可以这样学〞！把自制教具用于实验，现象非常明显，学生用多用表测量电压，很快能看出电压与匝数的关系。经不太准确的半定量演示实验，结合有漏磁、铜损、铁损也能得出功率关系，并且容易推出电流与匝数的关系。
存在问题：〔1〕提高学生的实验能力已经到了刻不容缓的地步！做实验易损坏小灯泡，还太费时间，致使方案内容完不成；〔2〕本校的“环保〞粉笔质量不好、黑板又太光滑!影响书写质量和可见度。
补充之处：鉴于变压器的工作原理学生理解还不深，故录制成微课，拷贝在教室内多媒体桌面上，供学生学习。n1
n2
U1
U2
I1
I2
U1 I1
U2 I2
第2节 变压器
一、结构
1．原线圈：与交流电源相连
2．副线圈：与用户相连
3．闭合铁芯：导磁传能
二、结论
〔一〕对单入单出
1．假设原、副线圈通磁面积相等，且铁芯不漏磁，那么有
〔1〕
即电压与匝数成正比
2．忽略漏磁、铜损、铁损的变压
器，叫理想变压器，它自身并不消耗能量，故由能量守恒有或 〔2〕
3． 〔3〕
即电流与匝数成反比
〔二〕对单入多出〔本节不进行〕
i=2、3、、n
〔1〕实验条件：本校实验室有可拆式变压器组件，学生电源，演示多用表，小灯泡；为了让学生通过实验来体验变压器的工作原理，自制变压器10套：收购废旧小型变压器〔或洗衣机、电扇〕铁芯→重新组装〔洗衣机、电扇铁芯可直接用，但电扇铁芯截面积太小，需要绕的匝数多，不够好〕→裁剪“山〞字形中间“一竖〞〔不裁剪可以，但与教材不衔接〕→把铁芯改为长方形→用绝缘纸包裹铁芯→用Ф0.29mm漆包线绕原线圈220~280匝→用Ф0.40 mm漆包线绕副线圈50~75匝→焊接并固定好导线，以方便学生接线。
〔2〕学生实际：我校学生的知识根底，相对本地其它各校是较有优势的。但多媒体使用后，教师在物理课堂教学中对演示实验、学生实验有所弱化，学生的观察能力、动手能力和实验分析能力欠缺，本节课本着加强演示实验，达成?物理课程标准?之要求来设计和实施。
〔3〕教师自身：热爱教育教学工作，教学经验丰富，对课堂教学有自己的观点。教无止境的认识使自身仍注重课堂实践。教授本节课的目的：尝试探究式教学的运用，完成上级下达的任务；和朋友们合作，付出了大量时间和精力，体验了创新制作变压器的快乐；本人普通话不够标准，且有思维定势的干扰；课堂教学实施是在同事所任教的班上，因学生生疏，肯定有不尽人意之处，敬请各位专家批评指正。
[教学目标] 通过实验，探究并理解理想的单相变压器原、副线圈电压与匝数的关系；输入功率与输出功率的关系；并分类了解电流与匝数的关系；会运用三个关系分析实际案例。
[教学重点] 单相单入单出变压器
[教学难点] 理论推导电压与与匝数的关系
[教学方法] 启发式 、探究式、讲授式结合
[教学用具] 多媒体、U盘；可拆式变压器组件、导线、插座、铝环、有小灯泡的线圈；演示多用表一只、交流250V分压器一个、交流1A分流器一个；自藕变压器一只、接好导线的插口式灯座及白炽灯泡一个；小型可拆式变压器1只，自制变压器10只，小灯泡及灯座10个，学生电源10个；导线、多用插座假设干。
[教学过程]
环节一、知识回忆
1．法拉第电磁感应定律的内容是什么？表达式呢？
2．自感电动势是怎么产生的？作用是什么？表达式呢？自感系数与什么有关？
3．电流做功的表达式是什么？电功率呢？
环节二、图片导入
PPT展示 拍摄的“校园内变压器、环形变压器、自藕变压器等〞照片
师：见过吗？是什么？
生：校园里的变压器
师：变压器在我们身边随处可见，它对我们的日常生活影响重大，本节课我们学习第二节变压器，板书：4.2 变压器
PPT打出学习目标：探究变压器电压与匝数的关系；输入功率与输出功率的关系；电流强度与匝数的关系。
环节三、新授内容
〔一〕结构：
师生活动：教师把可拆式变压器分解为各个散件，让学生观察，并且边分解边讲解。
1．原线圈：与交流电源〔发电机或供电所〕相连的线圈〔学案填写〕
2．副线圈：与用户连接，给负载〔用电器〕供电的线圈
3．闭合铁芯：层状硅钢片彼此绝缘组合，传导磁感线，把电能转化成磁能。
如图1〔PPT打出〕，代表符号如图2所示，其中T=0.02s。
〔二〕实验
〔1〕演示：组合变压器0~1600匝间接交流220V ，0~400匝，接插口式白炽灯。①可动铁芯竖起，把带小灯泡的线圈从上向下移动，让学生观察亮度〔逐渐变亮〕，同时观察白炽灯的亮度〔不亮〕；②把铁芯闭合，再观察白炽灯〔有亮度〕。
〔2〕学生实验：让学生每5人为一组做如图3所示的实验。
〔3〕师生实验：学生用组装后的变压器探究，电压与匝数的关系；用可拆式变压器进行半定量实验，并记录实验数据
表一〔记录〕
表二〔计算〕
〔三〕分析
从表格数据可看出： U1 I1 U2 I2
原理分析：问题导向
问题链1：当原线圈中通入如图4所示的电流时，其两端产生自感电动势吗？大小由什么因素决定？请写出。
讲解：
叫电流的变化率，大小为i1—t图像的斜率，在0~T内，正减负增负减正增，设有效值为E1，那么它与输入电压的有效值U1相等，即E1= U1 自感电动势阻碍电流的增、减、反增、反减。
问题链2：副线圈内的磁场变化吗？在其两端产生感应电动势吗？大小如何？
讲解：假设铁芯不漏磁，那么有
，电动势E2与输出电压U2的有效值相等，即E2 = U2 >
假设S1=S2 ，那么有E2 = U2 >
0~的E1 、E2 的“方向〞如图5所示，0~T内瞬时电压随时间的变化关系如图6所示。
结论1：假设原、副线圈通磁面积相等，且铁芯不漏磁，那么有
〔1〕
即电压与匝数成正比
升压降流：n2>n1 I2
问题链3：原、副线圈有无电阻？通电时，发热吗？什么情况下？电阻小？〔短、粗、电阻率小〕，对于大型变压器，原、副线圈上的电热损耗可忽略不计，形象称为：忽略铜损。
问题链4：铁芯内的磁场变化时，其内是否产生感应电流？〔涡流〕铁芯发热不？把铁芯做成彼此绝缘的层状，有何物理道理？〔减小横截面积，降低涡流发热〕，大型变压器可忽略这种损耗，简称忽略铁损。
结论2；忽略漏磁、铜损、铁损的变压器，叫理想变压器，它自身并不消耗能量，故由能量守恒有或 〔2〕
〔1〕〔2〕联立易得 〔3〕即电流与匝数成反比
环节四：问题延伸
1．实际应用中，常见的变压器有单入多出，如图7所示，是一入三出的理想变压器，请思考应满足什么规律？〔提问学生〕
讲解：电压关系应满足
即 电压与匝数成正比
功率关系应满足
易得出 电流与匝数并非反比关系！
推广为
2．如图8所示的变压器，两个副线圈n2、n3内与原线圈n1内的磁通量变化率能相等吗？电压与匝数的正比关系还能满足吗？
环节五：结合实际
1．大型变压器：〔1〕升压降流：把10KV110、220、330、750KV
〔2〕降压增流：把100KV10KV、220/380V
2．互感器：〔1〕电压互感器：把难测量的高压变成低压测量〔展示实物〕；〔2〕电流互感器：把难测量的大电流变成小电流测量〔展示实物〕。
3．小型变压器；半导体收音机、录音机、电视机内常用〔展示实物〕
4．自藕变压器：观察讲台摆放的实物，并通过灯泡亮度变化让学生获得体验，分析说明图9。
环节六：课堂测评
练1．变压器能否改变恒定电流？为什么？
练2．变压器线圈中的电流越大，所用导线越粗，街头见到的变压器是降压变压器，假设它是单入单出变压器，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？
练3．理想变压器的原线圈连接一个电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图10所示.在副线圈上连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头.原线圈两端接在电压为U的交流电源上.那么( )
A.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大
B.保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小
C.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大
D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小
【答案】BC
练4.如图11所示，变压器的输入电压U一定，两个副线圈的匝数是n2和n3.当把电热器接a、b，让c，d空载时，安培表读数是I2；当把同一电热器接c、d，而a、b空载时，安培表读数是I3，那么I2∶I3等于( )
A. B. C. D.
【答案】C
环节七 课堂小结
原、副线圈等磁，电压与匝数成正比
理想变压器，P入=P 出
3.单入单出：电流与匝数成反比
布置作业：
1．请把课堂练习3、4的分析过程写在作业本上
2．作课本课后练习2、3
板书规划
后记
借班上课，且教学以实验为主线，学生的好奇心得到满足，学生说“物理还可以这样学〞！把自制教具用于实验，现象非常明显，学生用多用表测量电压，很快能看出电压与匝数的关系。经不太准确的半定量演示实验，结合有漏磁、铜损、铁损也能得出功率关系，并且容易推出电流与匝数的关系。
存在问题：〔1〕提高学生的实验能力已经到了刻不容缓的地步！做实验易损坏小灯泡，还太费时间，致使方案内容完不成；〔2〕本校的“环保〞粉笔质量不好、黑板又太光滑!影响书写质量和可见度。
补充之处：鉴于变压器的工作原理学生理解还不深，故录制成微课，拷贝在教室内多媒体桌面上，供学生学习。n1
n2
U1
U2
I1
I2
U1 I1
U2 I2
第2节 变压器
一、结构
1．原线圈：与交流电源相连
2．副线圈：与用户相连
3．闭合铁芯：导磁传能
二、结论
〔一〕对单入单出
1．假设原、副线圈通磁面积相等，且铁芯不漏磁，那么有
〔1〕
即电压与匝数成正比
2．忽略漏磁、铜损、铁损的变压
器，叫理想变压器，它自身并不消耗能量，故由能量守恒有或 〔2〕
3． 〔3〕
即电流与匝数成反比
〔二〕对单入多出〔本节不进行〕
i=2、3、、n
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