第4节、变压器.pdf

实验课《变压器》——探究性教学设计发布时间：2021-08-04T11:05:47.877Z 来源：《教育学文摘》2021年四月10期作者：陈名[导读] 《变压器》是人教版选修3-2第五章第4节的内容陈名人大附中深圳学校广东省深圳市 518119 摘要：《变压器》是人教版选修3-2第五章第4节的内容，本节通过实验探究并结合理论分析，认识变压器的结构，原理和变压器基本规律，是本章的重点之一；从整个高中物理来看，本节既联系电磁感应，又为下一节电能输送做了铺垫，起到承上启下的作用，是高考的热点之一。

变压器这一节课不仅涉及物理模型的建立，也涉及物理规律的探索与验证，因此可以作为很好的物理实验课。

关键词：变压器实验探究一、教材分析1、教学重点：1.变压器的结构和变压原理2.变压器两端电压与匝数的关系。

2、教学难点：变压器原副线圈电压与匝数的关系二、学情分析学生已经掌握了电磁感应的知识，学习了法拉第电磁感应定律，了解了互感现象，为学习变压器原理打下了基础。

学生已经具备了基本的电学实验能力，并且在验证牛顿第二定律实验过程中对控制变量法有较深体会，为本节课实验探究变压器的基本规律做好了准备。

三、实验教学目标分析1、知识与技能1）理解变压器的结构2）掌握变压器的工作原理和基本规律2、过程与方法1）提高学生观察、推理和分析能力2）提高合作交流的能力。

3、情感态度与价值观1）培养严谨的科学态度2）培养独立自主的探索精神本节课设计亮点通过探索性实验，培养学生探索物理知识的能力。

中学物理实验有大量的验证性实验，旨在让学生通过实验去验证某一规律。

为了培养学生探索物理知识的能力，在教师反复尝试，确定难度适中，实验可行性强之后，多让学生进行探索性实验，这正是新课改的理念所倡导的。

四、教学过程环节一：新课引入生活用电有效电压是220V，而我们使用的各种用电器额定电压各不相同，学生们很自然地联想到本节课的标题，意识到变压器在生活中的重要作用。

第四节 吸流变压器供电方式电气化铁道采用吸流变压器（boosting transformer ），可大大减少对通信线路的影响，我们习惯上称这种供电方式为吸流变压器供电方式，简称BT 方式。

它是在牵引网中，每相距1.5km ～4km 间隔，设置一台变比为1:1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网中；二次线圈串接在回流线中(即吸流变压器—回流线方式，简称吸—回方式)，如图2-4-1(a)所示，或串接在轨道中(即吸流变压器—轨道方式，简称吸—轨方式)，如图2-4-1(b)所示。

在吸—回方式中，通常在两吸流变压器之间装设吸上线，吸上线将轨道与回流线连接起来，以提供机车电流从轨道流向回流线的通道。

两吸上线间称为吸流变压器段。

回流线通常就悬挂在铁路沿线的接触网支柱外侧的横担上。

（a ）吸—回方式 (b) 吸—轨方式图 2—4----1 BT 供电方式示意图l 一吸流变压器 2—接触网 3一回流线 4—吸上线 5—钢轨 6—牵引变电所 7—绝缘轨缝采用吸—回方式的BT 工作原理简图如图2-4-2所示。

此时，电力机车恰巧位于吸上线处。

首先，假设吸流变压器为理想变压器（图2-4-2a ），则当牵引电流流经吸流变压器原边时，即变压器一次侧电流j I j I I =1，在吸流变压器作用下，吸流变压器次边（即回流线上）的电流与大小相等、方向相反。

回流线与接触网产生的交变磁场互相平衡（抵消）。

在节点A 处，据基尔霍夫电流定律，轨道和大地电流2I j I 0=g I 。

实际上（图2-4-2b ），吸流变压器原、副边电流只是近似相等， 与的差别在于中含有吸流变压器的激磁电流，在节点A 处，据基尔霍夫电流定律，轨道和大地电流。

2I 1I 1I 0I 0I I g=(a)BT 为理想变压器 (b)BT 为实际变压器图2-4-2 BT 供电方式简单原理电路图1—接触网 2—轨道 3—回流线 4—吸流变压器 5—吸上线 6—电力机车可见,采用吸流变压器后，只有吸流变压器原边的激磁电流流经轨道和大地，但这个电流数量很小。

第四节 吸流变压器供电方式电气化铁道采用吸流变压器（boosting transformer ），可大大减少对通信线路的影响，我们习惯上称这种供电方式为吸流变压器供电方式，简称BT 方式。

它是在牵引网中，每相距1.5km ～4km 间隔，设置一台变比为1:1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网中；二次线圈串接在回流线中(即吸流变压器—回流线方式，简称吸—回方式)，如图2-4-1(a)所示，或串接在轨道中(即吸流变压器—轨道方式，简称吸—轨方式)，如图2-4-1(b)所示。

在吸—回方式中，通常在两吸流变压器之间装设吸上线，吸上线将轨道与回流线连接起来，以提供机车电流从轨道流向回流线的通道。

两吸上线间称为吸流变压器段。

回流线通常就悬挂在铁路沿线的接触网支柱外侧的横担上。

（a ）吸—回方式 (b) 吸—轨方式图 2—4----1 BT 供电方式示意图l 一吸流变压器 2—接触网 3一回流线 4—吸上线 5—钢轨 6—牵引变电所 7—绝缘轨缝采用吸—回方式的BT 工作原理简图如图2-4-2所示。

此时，电力机车恰巧位于吸上线处。

首先，假设吸流变压器为理想变压器（图2-4-2a ），则当牵引电流流经吸流变压器原边时，即变压器一次侧电流j I j I I =1，在吸流变压器作用下，吸流变压器次边（即回流线上）的电流与大小相等、方向相反。

回流线与接触网产生的交变磁场互相平衡（抵消）。

在节点A 处，据基尔霍夫电流定律，轨道和大地电流2I j I 0=g I 。

实际上（图2-4-2b ），吸流变压器原、副边电流只是近似相等， 与的差别在于中含有吸流变压器的激磁电流，在节点A 处，据基尔霍夫电流定律，轨道和大地电流。

2I 1I 1I 0I 0I I g=(a)BT 为理想变压器 (b)BT 为实际变压器图2-4-2 BT 供电方式简单原理电路图1—接触网 2—轨道 3—回流线 4—吸流变压器 5—吸上线 6—电力机车可见,采用吸流变压器后，只有吸流变压器原边的激磁电流流经轨道和大地，但这个电流数量很小。

选修3-2第五章第4节《变压器》教学设计一、本节教材分析变压器是交变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.在讲解变压器的原理时，要积极引导学生从电磁感应的角度说明：原线圈上加交流电压产生交流电流，铁芯中产生交变磁通量，副线圈中产生交变电动势，副线圈相当于交流电源对外界负载供电.要向学生强调，从能量转换的角度看，变压器是把电能通过磁场能转换成电能的装置，经过转换后一般电压、电流都发生了变化.有的学生认为变压器铁芯是带电的.针对这种错误认识，可让学生根据电磁感应原理，经过独立思考了解到变压器铁芯并不带电，铁芯内部有磁场（铁芯外部磁场很弱）.变压器在生产和生活中有十分广泛的应用.课本中介绍了一些，教学中可根据实际情况向学生进行介绍，或看挂图、照片、实物或参观，以开阔学生眼界，增加实际知识.二、教学目标1、知识目标（1）知道变压器的构造.（2）理解互感现象，理解变压器的工作原理.（3）理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题. （4）理解理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题. （5）知道课本中介绍的几种常见的变压器.2、能力目标（1）用电磁感应去理解变压的工作原理，培养学生综合应用所学知识的能力.（2）讲解理想变压器使学生了解建立物理模型的意义.（抓主要因素，忽略次要因素，排除无关因素）3、情感态度与价值观（1）使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的.（2）培养学生实事求是的科学态度.三、教学重点、难点重点：变压器工作原理及工作规律．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．四、学情分析：学生已经掌握了电磁感应现象的大致规律，了解了电感现象，为本节的学习打下了理论基础。

可自行预习课本，了解相关原理。

同时变压器的作用神奇，变压装置在生活中很常见，应激发学生学习主动性，利用课余时间，带着自己的问题，搜集资料了解变压器五、教学方法五步两段一体循环穿插教学法六、课前准备可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡、自耦变压器、调压器、导线等.七、课时安排 1 课时八、教学过程(一)预习检查、总结疑惑（5分钟）检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

四、变压器学习目标知识脉络1．知道变压器的基本构造．2．理解变压器的工作原理．(难点)3．学会用变压器原、副线圈的电压与两线圈匝数的关系解决问题．(重点)4．知道常见的变压器的类型及它们的应用．(难点)变压器的结构[先填空]1．结构如图3-4-1中的实物是示教变压器，它像各种变压器一样，主要由铁芯和绕在铁芯上的线圈(也叫绕组)两部分组成，铁芯由硅钢片叠合而成，线圈由漆包线绕成．图3-4-1工作时，变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈(初级绕组)；另一个线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈，也叫次级线圈(次级绕组)．2．作用能改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率．3．常用符号如图3-4-2甲所示，是由闭合铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈构成．图3-4-2乙是变压器的符号．甲乙图3-4-2[再判断]1．变压器主要用铁芯和绕在铁芯上的线圈组成．(√)2．变压器不但能改变交流电流，也能改变直流电压．(×)3．变压器的原、副线圈是用导线连接在一起的，所以当原线圈接交流电源时，副线圈有电流输出．(×)[后思考]1．变压器的铁芯是由什么构成的？【提示】变压器的铁芯是由硅钢片叠合而成．2．变压器能改变交变电流的频率吗？【提示】变压器能改变交变电流的电压、电流，不能改变周期、频率．变压器为什么能改变电压[先填空]1．电磁感应现象是变压器的工作基础．当原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化，通过铁芯副线圈中的磁场也在不断变化，于是副线圈内产生了感应电动势．2．线圈的各匝导线之间是相互串联的，每匝的感应电动势加在一起，就是整个线圈的感应电动势．因此，在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪个线圈的电压就高．[再判断]1．变压器的工作原理是电磁感应．(√)2．变压器副线圈匝数多，则副线圈的电压高．(√)3．变压器的输出功率决定输入功率．有P入＝P出．(√)[后思考]1．变压器为何不能改变恒定直流电压？【提示】变压器的工作原理是电磁感应，产生感应电动势的条件是磁通量发生变化，恒定直流电的磁场不变，故变压器不能改变恒定直流电压．2．理想变压器原、副线圈的两端电压与匝数之比有怎样的关系？【提示】U1U2＝n1n21．变压器的工作原理电磁感应现象．当交变电流通过原线圈时，由于电流的大小和方向在不断改变，所以铁芯中的磁场也在不断变化，这样变化的磁场就在副线圈中产生感应电动势，由于原、副线圈匝数不同，所以副线圈中输出的电压与原线圈中的电压不同，这样就达到了改变交流电压的目的．2．理想变压器变压器在不考虑线圈的热损失和铁芯发热损失的能量时，输入功率和输出功率相等．理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过原、副线圈的磁通量相同，穿过每匝线圈的磁通量的变化率也相同，因此每匝线圈产生的感应电动势相同，线圈的各匝导线之间是相互串联的，每匝的感应电动势加在一起，就是整个线圈的感应电动势．因此在同一个铁芯上，匝数多的线圈的电动势高，所以理想变压器原、副线圈的两端电压与匝数成正比，即U1U2＝n1n2.3．理想变压器原、副线圈基本量的关系基本关系功率关系P入＝P出电压关系U1U2＝n1n2，与负载、副线圈的多少无关频率关系f1＝f2(变压器不改变交流电的频率)因果关系(n1和n2不变时) (1)由U2＝n2n1U1可知U1决定U2，即原线圈两端电压决定副线圈两端的电压(2)由P入＝P出可知输出功率决定输入功率，功率按需分配4．变压器的种类(1)升压变压器：n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升高，这种变压器叫升压变压器．(2)降压变压器：n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，这种变压器叫降压变压器．1．(多选)如图3-4-3所示为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是()【导学号：46852062】图3-4-3A．图中M是闭合的铁芯B．发电机应与线圈I相连，升高后的电压由c、d两端输出C．电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈D．变压器是根据电磁感应原理工作的【解析】由题设知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故Ⅱ为输入端即接发电机，Ⅰ为输出端，选项B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以C项错．故选A、D.【答案】AD2．如图3-4-4所示，变压器原、副线圈匝数比为1∶2，则副线圈中电压表读数为()【导学号：46852063】图3-4-4A ．0 VB ．2 VC ．4 VD ．8 V【解析】 由于原线圈接的是直流电源，所以通过副线圈的磁场不变，因此副线圈中电压表读数为0，选项A 正确．【答案】 A3．如图3-4-5所示，可以将电压升高后供给家用电灯的变压器是( )【导学号：46852064】图3-4-5A ．甲图B ．乙图C ．丙图D ．丁图【解析】 变压器只能变交流，不能变恒定直流，故选项A 、D 错误．由U 1U2＝n 1n 2知，欲升压则需n 1<n 2，故丙图正确． 【答案】 C4．如图3-4-6所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W ”灯泡一只，且灯泡正常发光，则( )图3-4-6A．电流表的示数为3 2 220 AB．电源输出功率为1 200 WC．电流表的示数为3 220AD．原线圈端电压为11 V【解析】由灯泡正常发光可知，副线圈电压为220 V，由U1U2＝n1n2可知，原线圈电压U1＝20×220 V＝4 400 V，选项D错；又因输入功率等于输出功率，P1＝P2＝60 W，故选项B错；电流表读数为有效值，原线圈中电流I1＝P1U1＝604 400A＝3220A，故选项A错，选项C正确，故选C.【答案】 C5．一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝20∶1，原线圈接入220 V的交流电压，副线圈向一电阻为110 Ω的用电器供电，则副线圈中的电流为()【导学号：46852065】A．2 A B．0.1 AC．0.5 A D．0.005 A【解析】由U1U2＝n1n2得U2＝n2n1U1＝120×220 V＝11 V，副线圈中电流为I2＝U2R＝11110A＝0.1 A，故选项B正确．【答案】 B1．变压器能改变交流电的电压、电流，不能改变周期、频率．2．变压器遵守能量守恒定律：P入＝P出．高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。