高中物理--变压器教学设计
教材分析
变压器是交流电路中常见的一种设备，也是远距离输送交流电不可缺少的装置。学习变压器可以使学生了解电磁感应现象在生活中的广泛应用，开拓学生视野，增强学习物理的兴趣，另一方面，变压器从能的转化和传递的角度进一步强化学生对电磁感应现象的认识，并为接下来学习远距离输电奠定基础。
本节教学的重点是理解变压器工作原理，探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。
教材要求学生定性了解变压器原理，介绍变压器构造时要让学生知道原、副线圈间并无电路相通这一事实，进而让学生明确副线圈两端产生交变电压，是原、副线圈间通过闭合铁芯发生互感的结果。
变压器的教学围绕“变压器为什么能够变压?”“变压器是怎样改变电压和电流的?”等问题为线索来展开教学过程的。采用定性分析和定量推导和实验探究相结合的方法，先使学生初步理解互感现象，再通过探究性实验得出电压与线圈匝数之间的关系，然后通过理论分析得到理解的升华。
教材要求学生通过实验探究得出变压器的变压规律，做好探究性实验是本节教学的关键。为了培养学生根据实验研究物理规律的能力，建议实验分两步进行。第一步，在法拉第电磁感应定律的指导下，定性了解副线圈两端的电压与副线圈匝数有关系，从而确定第二步的研究方向：变压器的输入、输出电压及原、副线圈匝数的关系。在教学中探究闭合铁芯在变压器中的作用时，增加了“变压器的铁芯从不闭合到闭合时，小灯泡的亮度逐渐增加”的动态实验，避开了理想变压器与实际变压器的差异，突出展示了它们的相同的物理本质和变化规律。
学习几种常用的变压器，不仅增加了生产知识，还可提高学生分析、应用能力。教学过程可采用讨论法，充分利用实物（或实物图）和结构示意图，适当介绍一些生产知识。
教学流程：
教学目标
一、知识目标
1．了解变压器的构造及其工作原理；
2．掌握理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系，并能应用它分析解决基本问题。
二、能力目标
1．通过探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验，培养学生的实验能力，提高概括能力。
2．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意义。
三、情感目标
1．让学生充分体会能量守恒定律的普遍性及辩证统一思想。
2．培养学生尊重事实，实事求是的科学精神和科学态度。
教学过程
引入课题
师：生活中各种用电设备所需的电压并不相同，电灯、洗衣机等家用电器需要220V的电压，而电视机显像管却需要10kV以上的高电压。同学们都知道家里电源都是交流220V，那么电视内部是怎么实现电压升高的呢？为了解决这个问题老师献给大家变个魔术，老师直接把小灯泡接在一段导线上就能让其发光。
师：下面请同学们想一想小灯泡并没有直接连在电源上，那么供小灯泡发光的电压是怎么产生的呢？
生：可以利用电磁感应，让线圈处于变化的磁场中，那么小灯泡就会发光。
师：变化的磁场谁来提供呢？
生：变化的电流
师：非常好。下面请这位同学画一下电路图。
师：展示自己实验的装置，给大家。
师：生活中类似于这样的装置很多，这类装置就是我们通常所说的变压器。变压器的构造：一个闭合的铁芯上绕A、B两组线圈。线圈A与交流电源相连，线圈B接线灯泡。当线圈A的电路断开或闭合的瞬间，小灯泡就会发光。
板书：变压器
（一）变压器构造及原理
师：变压器由哪几部分组成？它又是怎样工作的？
教师在黑板上画单相变压器示意图及其在电路图中的符号（见图1），要求学生搞清图中所用字母和符号的意义。
板书：闭合铁心
原线圈（初级线圈，一次线圈）n1匝
副线圈（次级线圈，二次线圈）n2匝
U1：输入电压
U2：输出电压
师：变压器的工作原理又是什么？当变压器的原线圈接上交变电源后，副线圈两端为什么会用电压而使小灯泡发光呢？请解释产生这一现象的原因和过程？
师：（提示）两个线圈之间有没有导线相连？靠什么联系的？
生：当原线圈接交变电源后，在闭合的铁芯内产生了变化的磁通量，它通过副线圈并使副线圈两端产生感应电动势。若副线圈是闭合的，它同样要在闭合的铁芯内产生变化的磁通量，在原线圈中将产生感应电动势。
师：这就是我们之前介绍的互感现象。这时变压器的副线圈可以作为电源来使用，当把用电器接在副线圈两端时，副线圈电路中就会有感应电流产生。若从能量的转化角度来分析，变压器是怎样转化和传输能量的？
生：原线圈输入的是电能，先转化为原线圈中变化的磁场能，再通过副线圈转化为电能。
师：原线圈和副线圈两者中间是通过什么联系的？
生：铁芯。
师：演示：使一个可拆变压器的铁芯从不闭合到闭合，可以见到副线圈中的小灯泡的亮度从暗到亮的变化过程。
师：为什么小灯泡的亮度会从暗逐渐变亮呢？
生：因为铁芯不闭合时，原线圈中的磁能只有一部分会传到副线圈，闭合时传输的多。
师：因为铁芯不闭合时，原线圈中的磁通量只有一部分通过副线圈，大部分漏失在外，铁芯闭合以后，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，所以铁芯由不闭合到闭合过程中，小灯泡的亮度会从暗逐渐变亮。
师：可见，漏失的磁感线对传输电能没有贡献，有了闭合铁芯后，漏失的磁感线大大减少，但能完全避免漏失吗？
生：不能，仍会有一部分磁感线漏失在周围空间的。
师：因此，变压器副线圈输出的电能要小于原线圈输入的电能。实际上变压器工作时，
除了因漏磁而损耗电能外，还有哪些方面的原因也会引起电能的损耗呢？
先让学生思考，鼓励猜想。
让一部分学生用手触摸工作后的变压器线圈和铁芯，并说出感觉。
生：线圈有电阻，通电时要发热，会损耗一部分电能。
师：指出线圈是铜导线绕制成的，在这部分上的损耗叫铜损。
生：铁芯在反复磁化过程中也要发热。
师：电能在铁芯上的损耗叫铁损。
师：现在，由于在材料和技术上采取了许多措施，实际上大型变压器的效率可高达97%——99.5%，电能的损耗很小。如果有一种完全没有能量损耗的变压器该多好！我们一直在努力！
师：完全没有能量损耗的变压器叫理想变压器。那你们认为理想变压器应该具备什么条件呢？
生：无漏磁通，线圈的电阻不计，铁芯不发热。
师：理想化是科学研究的一种常用的重要方法，在前面学习中，我们通过这一方法得到了许多重要的物理模型，如质点等。
（二）探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
师：根据课堂一开始的演示实验，以及你对变压器的理解，你认为副线圈两端的电压与线圈的匝数可能有什么关系？能不能说线圈的匝数越多，它两端的电压就越高？也许原线圈的匝数也会影响副线圈两端的电压，也许……。
师：猜想还不够，需要用实验来验证。现在除了有可拆变压器外，你看还需要哪些实验器材？
生：导线，交流电压表，等。
师：你为了得出变压器的副线圈两端的电压与哪些因素有关，准备采取什么步骤？
生：用控制变量法；先保持原线圈的匝数不变，改变副线圈的匝数，研究其对副线圈电压的影响；然后再保持副线圈的匝数不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。
师：为了人身安全，我们的学生实验只能使用低压交流电源，所用电压不要超过12V。实验连好电路后，要由同组的同学分别独立检查，然后请老师确认。只有这时才能接通电源。记录数据，分析得出探究结果后用准确的语言或数学公式表述出来。
实验电路和记录表格表
分析实验数据时，在表格后面加“n 1/n 2”和“U 1/U 2”两项，得到变压比公式：)1(2
121n n U U = 结论：变压器的原副线圈的电压比等于原副线圈的匝数比。副线圈的输出电压由原线圈两端的输入电压和变压器的匝数比决定。
师：理论上是不是这样的，那位同学能够推倒一下？
生：原、副线圈中由于交变电流而发生互感现象，使得原、副线圈中的电流共同产生的变化的磁场，原、副线圈中就会产生相同的变化磁通量。 （忽略漏磁现象）
原、副线圈内阻很小，内部损失的电压可忽略，得
由（1）知：升压变压器n 2＞n 1；降压变压器n 2＜n 1。
变流规律（理论推导）原、副线圈能量守恒，输入与输出功率相等可得：
2211U I U I = ，121221:::n n U U I I ==
结论：变压器工作时，原、副线圈中的电流强度与匝数成反比，因而用细导线绕的是高压线圈。此结论只适用于理想变压器的单组线圈的情况。
变压器的知识的巩固与深化
例题：有一个理想变压器，原副线圈的匝数比为10：1，当它正常工作时，求：
⑴原副线圈的输入、输出电压之比；
⑵原副线圈的电流之比；
⑶原副线圈的输入、输出功率之比；
⑷穿过原副线圈的磁通量的变化率之比；
讨论：书后习题4
（三）几种常用的变压器
1．互感器. 看课本电压互感器图5.4-5，利用变压器可以把高电压变为低电压、电流互感器图5.4-6把大电流变为小电流进行测量。这样既能保证测量人员的安全，同时解决了电表量程较小的矛盾。
2．生活中的变压器
请同学们说说生活中的变压器，那么电视机中实际上是有一
个变压器实现了电压的升高。
学生小结
提出问题：本节课学习了什么知识？研究问题时采用了什么研究问题的方法？
1. 变压器的结构、原理及变压器工作时的能量转化情况。
2. 理想变压器的变压规律。
3. 理想变压器的功率传输规律及由此规律得出的电流规律。
教学反思