物理选择性必修 第二册变压器表格教学设计

这是一份物理选择性必修 第二册变压器表格教学设计，共5页。教案主要包含了思考与讨论，板书设计，教学反思等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
物理
年级
高二年级
学期
春季
课题
3.3 变压器
教科书
书 名：普通高中物理选择性必修第二册教材
出版社：人民教育出版社 出版日期：2020年5月
教材分析
变压器是继交变电流之后，电磁感应在生产生活中的又一重要的实际应用。变压器的工作原理和理想变压器的变压规律是本节的重点和难点。对于变压器的工作原理，教学中可以在互感现象的基础上，给学生解释为什么原、副线圈之间没有导线的连接，副线圈中还可以输出电流。对于变压器的变压规律，课程标准提出了“通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的要求，教材也相应编写了“实验”栏目，通过探究实验得出结论。教学中要指导学生结合实验探究，再经过理论推导得出原、副线圈电压、电流与匝数的关系，并能从能量的传递与转化的角度进一步强化对变压器的认识。这样有利于重点的突出和难点的突破，使学生再次体会交变电流与恒定电流的区别，以及交变电流的优点。同时，体会实验、理想化模型等方法的应用，拓展学生思维。
学情分析
1. 学生知识基础：大多数学生在进入变压器章节学习之前，已经掌握了基础的电磁学知识，如电流、电压、电阻的关系以及电磁感应现象。这为变压器的学习奠定了坚实的基础。
2. 理解能力：变压器的工作原理对于部分学生来说是一个挑战。尽管大多数学生能够理解电磁感应的基本原理，但在应用到变压器上时，还是显得有些吃力。教师需要采用多种教学方法，如直观演示和案例分析，帮助学生加深对变压器工作原理的理解。
3. 实验操作能力：在实验操作中，学生的表现各有差异。一部分学生能够迅速掌握实验步骤，准确记录数据并进行分析；而另一部分学生则需要更多的指导和帮助。这要求教师在实验前做好充分的准备，确保每位学生都能从中受益。
4. 问题解决能力：通过案例分析和问题解决练习，学生的问题解决能力得到了一定的提升。他们开始学会将理论知识应用于实际问题中，如使用变压器解决电压不匹配的问题。但在面对复杂问题时，部分学生仍显得手足无措，需要更多的指导和练习。
5. 学习态度：大多数学生对学习变压器持有积极的态度，他们愿意投入时间和精力去理解和掌握相关知识。但也有少数学生对学习变压器感到畏难和厌倦，这需要教师及时关注并采取有效措施加以引导。
综上所述，高中物理变压器章节的教学应注重学生的知识基础、理解能力、实验操作能力、问题解决能力和学习态度等方面的培养和提高。同时，教师也需要根据学生的实际情况调整教学策略和方法，确保每位学生都能从中受益。
教学目标
1. 知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。
2.知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。
3.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，提高科学探究的能力。。
教学内容
教学重点：
变压器的工作原理和理想变压器的变压规律。
教学难点：
实验的设计与实施以及理想变压器的变压规律。
核心素养目标
1.物理观念：知道并会应用公式推导理想变压器的原、副线圈电流与匝数的关系，能用能量观点解释理想变压器中的电能传输，强化能量观点。
2.科学思维：知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。能在合理的科学猜想指引下形成对进行实验方案的构建，提升逻辑能力。
3.科学探究：经历变压器的变压规律探究过程，提高科学探究能力。并能以 Excel 图表方式对结论进行更为直观的展示，体会图像法的便捷性。
4.科学态度与责任：实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。
教学过程
环节一：新课引入
2024年7月，随着2号主变压器试运行工作的圆满完成，永康第24座110千伏变电站四路变电站顺利投运，为永康电网迎战度夏“大考”再添引擎。变压站有什么作用呢？让我们带着这个问题来进入今天的学习内容--变压器。
环节二：认识变压器
特高压输电能够达到1000kV以上的输电电压，而家庭用电为220v。但生活中很多用电器所使用的电压并不是220V，那这些电器在日常生活中如何实现正常工作的？这就涉及到变压的问题。生活中常见的变压器有手机充电器，电动车充电器以及城乡变压器等。
【思考与讨论】：变压器是如何实现变压的呢？
这就需要从变压器的结构开始讨论，我们将实验用的可拆变压器拆开，可以发现，变压器由一个闭合铁芯和两个线圈组成。接下来，让我们深入研究变压器的特点，这是变压器的连接装置图，一个线圈与交流电相连，该线圈我们称之为原线圈，同时也叫初级线圈，连接在原线圈两端的电压称为输入电压，另外一个线圈与负载相连，称之为副线圈，也叫次级线圈，连接在副线圈两端的电压称为输出电压，变压器在电路中，可以用这样的符号来表示。
【思考与讨论】：那么这两个线圈不在一个回路中，能量是如何实现传输的呢？
环节三：变压器的工作原理
其实我们在之前见过类似的，比如在探究感应电流产生条件时，也有两个线圈在不同回路中，我们当时是通过调节滑动变阻器改变上方线圈中的电流，可以发现，下方线圈中产生感应电流。
互感线圈也有类似的现象，通了电的线圈上下移动，使得下面的线圈磁通量发生改变而产生感应电流，利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另外一个线圈，变压器与刚刚两个实验有类似之处，它原线圈中通上交流电后会产生变化的电流，进而有变化的磁场，磁场通过闭合铁心，使副线圈中有变化的磁通量是副线圈中产生感应电动势。也就是说，变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能，磁场能，电能之间的转换，下面请大家思考一个问题，如果给原线圈接入直流电压U1，那么变压器还能正常工作吗？很显然是不能的，因为恒定电流无法产生互感现象。
其实在变压器的能量转换中，必定会存在着能量损耗。大家可以想一想，能量损耗的原因，一、线圈导线有电阻发热，二、铁芯中会产生涡流现象进而发热。再者，交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内。所以在设计变压器时，就会做出一些调整来减小能量损耗。
我们想要研究实际变压器，是比较复杂的影响因素比较多，因此，我们想要构建一个电能没有发热损耗，无磁损、铜损、铁损的理想化模型--理想变压器。我们把没有能量损失的变压器叫理想变压器，由于原副线圈共用一个铁芯，由于不计能量损耗，故原副线圈中的磁通量，磁通量变化量和磁通量变化率都相同。
我们假设理想变压器原副线圈的磁通量都为Φ，根据法拉第电磁感应定律，在原线圈产生的感应电动势E1=∆∅∆t，E2=∆∅∆t，将两式子连练就有了E1E2=n1n2，理想变压器无内阻，因此路端电压U就等于电动势E，因此，U1U2=n1n2，细心的同学可以发现，当n2>n1，U2>U1，该变压器，可以使得电压升高，我们称它为升压变压器；当n2