变压器》教学设计
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变压器》教学设计
第四节《变压器》教学设计
一、教学思路
本节课的教学围绕“变压器为什么能改变电压”展开，采用定性分析和定量相结合，理论推导和实验验证相结合的方法。首先让学生理解互感现象，然后通过学生探究活动，验证电压与匝数的关系，最终推导出电压与线圈匝数之间的关系。
教材分析：本节教材配有小实验、思考与讨论、简明扼要的文字说明、贴近生活的图片和开阔眼界的科学漫步。但对变压器原线圈两端的电压与原线圈产生的电动势大小关系这一知识点比较欠缺，在教学中需要补充提示。
学生分析：学生已经对磁生电以及涡旋电流有了基本的掌握，在《交流电》前两节的研究中，对交流电的特点也比较清楚，已经基本具备了研究变压器这一节内容的必备知识。但需要在教学中对变压器原线圈两端的电压与原线圈产生的电动势大小关系进行补充提示。
二、教学目标
1、知识与技能：
1）了解变压器的基本构造
2）理解变压器的工作原理
3）探究并应用变压器的各种规律
2、过程与方法：
1）能熟练应用控制变量法解决多变量问题
2）进一步掌握科学探究的一般思路
3、情感态度与价值观：
1）通过实验探究，体会科学探索的过程，激发探究物理规律的兴趣
2）通过真实操作和记录，获得团队合作精神的体验和实事求是的科学态度
三、教学重难点
教学重点：变压器工作原理及工作规律。
教学难点：
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。
重难点的突破措施：
1）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。
四、教学媒体
变压器模型、学生电源、闭合铁芯、小灯泡、导线、多媒体等。
五、教学过程
一）知识回顾：
1、什么是互感现象？
2、利用互感现象可以把从一个线圈传递到另一个线圈，变压器就是利用互感现象制成的。
首先，我们通过两个问题复电磁感应的知识，为学生打好知识基础。
接下来，我们将讲解新的内容。在实际生活中，我们需要不同电压的交流电来使用各种电器。我们会展示变压器的种类和式样，让学生对实际变压器有感性认识。我们会引导学生观察可拆变压器的构造，并通过示意图明确下列概念：原线圈与电源相连，输入电压为U1，线圈匝数为n1；副线圈与用电器相连，输出电压为U2，线圈匝数为n2；铁芯具有什么特点。我们将探究变压器的变压规律。
我们将进行实验探究变压器的变压规律。我们将让学生讨论探究的方案，例如猜测原副线圈的电压与哪些因素有关。我们将引导学生分组实验，使用控制变量法来研究副线圈匝数和原线圈匝数对副线圈电压的影响。我们将分析数据，并归纳出：原线圈电压和匝数不变时，副线圈匝数越多，输出电压越大；原线圈电压和副线圈匝数不变时，原线圈匝数越少，输出电压越高。在实验误差范围内，原副线圈电压比与原副线圈的匝数比成正比。
我们将进行理论推导。首先，我们建立理想变压器模型，忽略次要因素，突出主要因素。我们将推导变压器主副线圈电压、电流、功率之间的关系，使用法拉第电磁感应定律，注意两边磁通量相等。最后，我们将让学生体会到变压器在实际生活中的作用，例如当市电电压为220伏时，我们需要变压器来获得不同的电压。
对于理想变压器，可以忽略导线电阻，因此原副线圈的电压等于电动势，副线圈的电压等于路端电压。因此，理想变压器的电压比等于匝数比。如果n2＞n1，则输出电压高，称为升压变压器；如果n2＜n1，则输出电压低，称为降压变压器。如果原线圈通入的是直流电，无法实现变压。
根据能量守恒定律和法拉第电磁感应定律，功率和电流的关系可以表示为P1=P2和I1/I2=n2/n1.根据不同的变压器结构，电压和电流的关系会发生变化，但以上规律始终适用。
通过分组讨论不同变压器结构下的电压、功率和电流关系，我们发现这些关系并不是简单的正比和反比关系，而是会随着变压器结构的改变而改变。但是，以上规律仍然适用。
在实际应用中，需要考虑输入电压、匝数比、输出电流等因素来决定变压器的性能。例如，对于一个理想变压器，如果原副线圈匝数为2200，副线圈匝数为440，电源电压为220V，副线圈上连接的负载电阻为8.8Ω，副线圈上连接的灯泡为“110V110W”，则原线圈中的电流为I1=1A，副线圈匝数为n2=1100.
另外，对于一个变压器，输入电压决定输出电压，输出功率决定输入功率，在一定的输入电压、匝数比和输出电流下，输出功率和电流的关系可以表示为P2=P1和I2/I1=n1/n2.因此，可以通过调整输入电压、匝数比和输出电流来改变变压器的性能。
综上所述，变压器是一种重要的电器设备，其性能与输入电压、匝数比和输出电流等因素有关。在实际应用中，需要根据具体情况来选择合适的变压器，以满足不同的需求。 本节课研究了变压器的构造及原理，理想变压器的规律，以及如何测量高压线上的交流电压。变压器主要由铁芯和原、副线圈组成，其电压仅与匝数有关，与负载无关，且同一变压器各线圈的每伏匝数必相等。输入功率等于输出功率，输入端的安匝数等于输出端安匝数之和。在实验中，学生可以通过定性了解副线圈两端的电压与副线圈匝数的关系，然后通过测量输入电压变化时输出电压变化的规律，得到理想变压器的变压公式。在教学中，要重视问题情境的创设和学生思维动机的激发，引导学生主动探究和建构知识，培养学生的实验和思维能力。教学板书应包括变压器的构造及原理、实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系、理论推导变压器主副线圈电压、电流、功率的关系、例题讲评及总结。教学资源可以包括实验器材、实验数据、实验指导书等。
变压器是一种常见的交流电路电器设备，也是远距离输送交流电必不可少的装置。研究变压器可以让学生了解电磁感应现象的广泛应用，开拓他们的视野，提高物理研究能力和兴趣。同时，研究变压器可以从能量转化和传递的角度进一步加深对电磁感应现象的认识，为研究远距离输电打下基础。
然而，在可拆变压器工作时，漏磁铜损和铁损较大，效率不高（低于60％），不能视为理想变压器。为了不影响演示效果，在设计可拆变压器时，已适当增加副线圈匝数作为补偿。教材从变压器工作时能量损耗忽略不计这一理想条件出发，通过理论推导得出变压器的交流规律，因而掌握理想变压器的输出功率与输入功率的关系成为教学的关键问题。
虽然在实验条件下，传输功率小，变压器的效率低，因此用演示实验验证功率相等关系和电流比公式是有困难的。但是做定性实验说明原线圈中的电流随副线圈电流的增大而增大、输入功率随输出功率增大而增大，对学生掌握理想变压器的规律是有好处的。实验可以避开I2=0，I1≠0的情况，也可以从I1很小这一事实出发，说明实际变压器效率一般是比较高的。
研究几种常用的变压器不仅可以增加生产知识，还可以提高学生分析和应用能力。在教学过程中，可以采用讨论法，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。
