《變壓器》一節(jié)的教學實錄與反思

卞志榮 薛麗娟

摘要:本文通過“變壓器”課堂教學過程的描述和記錄討論新課程理論在課堂教學中的滲透,并在此基礎上對本節(jié)課的教學主線、教學設計過程,以及學生的學習活動進行分析與反思。

關鍵詞:變壓器;教學實錄;教學反思

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2009)7(S)-0016-3

新課程注重學生體驗,倡導探究,要求教師改變傳統(tǒng)教學模式,以學生發(fā)展為中心,教學過程充分體現(xiàn)學生的主體作用和教師的主導作用,通過問題激發(fā)學生的求知欲和培養(yǎng)創(chuàng)新意識。現(xiàn)以人教版選修3-2第五章第4節(jié)“變壓器”教學設計為例,談談新課程理念在課堂教學中的具體體現(xiàn)。

1 教學過程

師:現(xiàn)只有220V交流電源,要使額定電壓為10V的燈泡正常發(fā)光,有什么辦法?(問題引入)

生1:用若干相同的燈泡串聯(lián)起來。

師:若只有一個燈泡,怎么辦?

生2:用滑動變阻器分壓。

師:很好,那還有沒有別的辦法?

生3:用變壓器。(在前面講自感時提過)

師:這一節(jié)課我們就來研究變壓器的結(jié)構和性質(zhì)。

師:展示可拆式變壓器,引導學生認識變壓器的構造,畫示意圖,指出簡記符號。

師:演示實驗:將可拆式變壓器(變壓比4∶1)原線圈接入學生電源交流的輸出端,電壓調(diào)至10V,將額定電壓為2.5V的燈泡接在副線圈兩端,讓學生觀察燈泡發(fā)光現(xiàn)象。

師:原副線圈既然不直接相連,為什么與副線圈相連的燈泡會亮呢?大家討論。(引導學生探究變壓器的工作原理)

生:這是電磁感應現(xiàn)象。

師:很好,不過你能否再講具體些,哪里的磁通量發(fā)生了變化?

生:原線圈中通了電。

教師:什么電?

生:交流電。它在原線圈中產(chǎn)生交變磁場,交變磁場通過鐵芯穿過副線圈,副線圈中磁通量變化產(chǎn)生感應電動勢。電路閉合,就有電流通過,因此燈泡就亮了。

師:很好,請坐。

師:請同學們再思考一個問題:既然副線圈中有感應電流產(chǎn)生,這個電流產(chǎn)生的磁場,它會反過來影響原線圈中的磁場嗎?

生:會的。

師:通過大家的分析,變壓器的工作原理概括為:互感 。

師:假如原線圈接入10V直流電,大家猜猜看,小燈泡會不會發(fā)光?為什么?

生:不會,因為磁通量不變。

師:完全正確。

教師演示10V直流電接入的情況,并得出結(jié)論:變壓器只能改變交流電,而不能改變直流電。

師:大家再看,當我斷開直流電源時,會發(fā)生什么現(xiàn)象?如何解釋嗎?

生:燈泡閃亮一下。因為斷開瞬間原線圈電流突然減小使副線圈中磁通量隨之減小,這樣就產(chǎn)生了較大的感應電動勢,于是燈泡閃亮。

師:很好,請再看一個實驗:把原線圈改接交流10V,觀察當把可拆式變壓器上方橫著的鐵芯移走時,又有什么現(xiàn)象發(fā)生。

生:燈泡明顯變暗。

師:為什么呢?大家討論。(當學生回答不夠準確時,教師啟發(fā)并引導并共同討論)

師:燈泡為什么會變暗?可以有這樣的思考:燈泡變暗→副線圈中感應電動勢變小→磁通量變化率變小→由鐵芯移走帶來的結(jié)果→鐵芯的作用:磁路(減少漏磁)。

師:燈泡發(fā)光,說明電源的電能通過變壓器傳給了燈泡,在這個過程中有沒有電能損失呢?在哪些部分有損失?

生:有,原副線圈有電阻要發(fā)熱(銅損)、鐵芯發(fā)熱(鐵損),還有鐵芯漏磁。

師:鐵芯與線圈是絕緣的,鐵芯為什么會發(fā)熱呢?

生:產(chǎn)生渦流。

師:很好!變壓器總是有能量損耗的,中學階段一般只討論理想情形:沒有銅損、鐵損和漏磁的變壓器。

師:既然理想變壓器原副線圈中的磁通量變化率相同,那么原副線圈兩端的電壓間有什么關系呢?你能設計方案尋找它們之間電壓關系嗎?

生:方案一:U1一定,改變匝數(shù),測量U2;

方案二“匝數(shù)一定,改變U1 ,測量U2。

師:的確,可以利用控制變量法解決問題,而且這兩種方案都可行。我設計了另一種方案:原線圈匝數(shù)不變,改變U1和n2,測出電壓U1和U2。

師:下面請兩位同學到講臺前面來測電壓U1和U2,其他同學記錄并分析測量結(jié)果是否存在什么規(guī)律性。(實驗注意:課前實驗發(fā)現(xiàn)原線圈兩端電壓太小或太大,產(chǎn)生的誤差較大,因此選取4V、6V、8V和10V左右為好)

視頻展示以下表格:

說明:(1)此式只適用于一個副線圈; (2)電流大的線圈用粗銅線繞制。

師:我們已共同研究了理想變壓器的電壓比公式、交流比公式以及功率關系,同學們看下面兩個問題。

問題1:如圖1所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4∶1,平行金屬導軌與原線圈相連,當導體棒ab在勻強磁場中勻速運動時,電流表A1示數(shù)為12mA,則電流表A2示數(shù)為______mA。

師:說明了變壓器不能改變直流電。

變式討論:若導體ab在勻強磁場中勻加速運動時,A2有示數(shù)嗎?是否變化呢?

問題2:如圖2所示,變壓器為理想變壓器,交流電源電壓恒定,燈泡L1串聯(lián)在原線圈回路中,燈泡L2、L3為副線圈的負載,開關S斷開時,燈泡L1、L2的亮度與斷開前相比:

A.L1亮度不變

B.L1的亮度減弱

C.L2亮度不變

D.L2亮度增強

生:選B、D

2 教學設計與反思

(1)本節(jié)課緊緊圍繞一條主線:什么是變壓器→變壓器副線圈為什么有電壓→變壓器為什么能改變電壓→變壓器怎樣改變電壓、電流→理想變壓器原副線圈的電壓、功率、電流有什么關系,以此展開教學,思路清晰。

(2)對于變壓器工作原理的教學,應該積極引導學生從電磁感應角度理解。為此,我設計了原線圈分別接10V交流電壓和直流電壓,讓學生觀察副線圈兩端的燈泡發(fā)光情況;啟發(fā)學生思考為什么原、副線圈之間沒有載流導線的連接,副線圈中還可以輸出電流;使學生再次體會交流電與恒定電流的區(qū)別以及交變電流的優(yōu)點。學生了解變壓器的工作原理不僅可以深化對電磁感應的理解,也為后面理論推導電壓比公式以及解決“日”字形鐵芯變壓器等問題奠定了基礎。

(3)理想化是科學研究中常用的一種方法,讓學生建立起理想變壓器的模型也是教學難點之一。為了突破這一難點,教學中用可拆式變壓器巧妙設計了一個實驗,讓學生觀察到在移走上方鐵芯前后,小燈泡亮度明顯的變化,從而引出需要解決的問題:鐵芯的作用——減少漏磁;接著從能量轉(zhuǎn)換角度,說明變壓器把電能通過磁場能再轉(zhuǎn)換成電能,追問這一過程中有無能量損失,引出銅損和鐵損的概念,進而得出理想變壓器的概念,這樣自然就得出了變壓器輸入和輸出的功率關系。

(4)探究變壓比與匝數(shù)比的關系既是本節(jié)課的重點又是難點。不能僅從理論上進行推導,應該讓學生通過實驗探究,體驗過程,獲得感性認識,進而激發(fā)學習興趣,感悟科學的探究方法。為此,教學時教師的重點應放在如何引導學生討論并設計探究方案,進行實驗測量數(shù)據(jù),對其分析得出結(jié)論等方面。

(5)為了充分體現(xiàn)學生的主體作用,實現(xiàn)三維目標,教師通過設計一系列實驗和程序式問題來激發(fā)學生積極思維和主動參與,教師只在其中引導、啟發(fā)和調(diào)控,做學生學習的合作者。從課題引入就強調(diào)改變以教師講授為中心,學生被動接受事實的傳統(tǒng)方法,而是通過提出實際問題激趣誘思,解決問題,導入新課。課堂中師生平等對話、教師激勵評價,教學過程充滿了活力,學生真正感受到學習的樂趣,在一定程度上體現(xiàn)了三維目標。

(6)由于本節(jié)課增加了演示實驗、探究實驗、學生課堂討論等活動,時間比較緊張。教師必須做到語言簡練,問題過渡緊湊,演示實驗操作熟練,否則,上述教學設計將不能順利完成。

(7)本節(jié)課講完后還安排了一節(jié)習題課,主要討論以下幾個問題: ①變壓器工作時幾個制約關系;②多個副線圈的變壓器電壓、電流和功率關系;③常見幾種變壓器,包括自耦變壓器、調(diào)壓變壓器、電壓和電流互感器。

(欄目編輯趙保鋼)