《變壓器》教學設計

李永東

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）10-0054-02

[教學目標]

（一）知識與技能

1.知道變壓器的構造，理解互感現象，理解變壓器的工作原理。

2.理解理想變壓器原、副線圈中電壓、電流與匝數的關系，能應用它分析解決有關問題。

（二）過程與方法

1.在探究變壓比和匝數比的關系中培養學生運用理想化模型分析問題、解決問題的能力。

（三）情感態度價值觀

1.使學生體會到能量守恒定律是普遍適用的。

2.培養學生實事求是的科學態度。

[教學重點]

1.探究變壓器的匝數與線圈兩端的電壓的關系并能用它解決基本問題。

2.從電磁感應的角度和能量的轉化與守恒的角度深刻理解變壓器的工作原理。

[教學難點]

1.“探究變壓器的匝數與線圈兩端的電壓的關系”實驗。

2.從能量的轉化與守恒的角度理解變壓器的工作原理。

教學用具：學生電源、可拆變壓器、電壓表、小燈泡等

[教學過程]

一、課前實驗演示

演示1：一個線圈與小燈泡構成閉合電路，另一個線圈接電源，兩個線圈并排放置，啟發學生思考可能看到的實驗現象。

演示2：把兩個線圈套在一個鐵芯上，讓學生觀察現象，并進行交流。

演示3：讓鐵芯閉合，觀察現象，啟發學生思考，把學生思維調動到高點，開始變壓器的學習。

設計意圖1：對課本實驗創新設計，分三個梯度進行演示，層層深入，環環相扣，引領學生打開求知的思維之門，激發學習興趣，同時讓學生深刻理解鐵芯的作用及互感現象，為學習變壓器的原理及理解變壓器理想化模型埋下伏筆。

二、學生提出質疑（教師預設）

問題1.什么是變壓器？

問題2.鐵芯導電嗎？鐵芯的作用是？

問題3.變壓器副線圈為何有電流？

問題4.變壓器為何能改變電壓？是如何改變的？（教師預設所有問題，并引導學生提出問題）

三、變壓器的構造

（一）構造：

1.閉合鐵芯

2.原線圈（初級線圈）

3.副線圈（次級線圈）

（二）示意圖

（三）電路圖中符號

四、變壓器的工作原理

（一）互感現象

交變電壓加在原線圈上，原線圈中的交變電流在鐵芯中產生交變的磁通量，這個交變的磁通量不但穿過原線圈，也穿過副線圈，所以也在副線圈中激發感應電動勢。副線圈兩端連著負載，副線圈中就會產生感應電流。它也在鐵芯中產生交變磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應電動勢。由于這種互相感應的互感現象，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈。

（二）變壓器工作時怎樣實現能量轉化的呢

原線圈的電能一閉合鐵芯的磁場能一副線圈的電能

思考1：利用變壓器怎樣才能獲得不同的電壓呢？副線圈的電壓可能與什么有關呢？有什么定量的關系呢？

五、探究原副線圈兩端的電壓與匝數關系

全班學生分成兩部分，分別從實驗方法和理論推導探究原副線圈兩端的電壓與匝數關系。尊重學生主體地位發揮教師主導作用，讓學生體驗形成過程，體驗成功的快樂。

（一）實驗方法：全班分成10個小組，1、3、5、7、9組完成課本42頁的探究實驗

1.看課本42頁的探究實驗，組內合作探究，設計實驗。

2.根據實驗數據，總結總變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系。

實驗使用方法：控制變量法

小組代表展示，得出結論：變壓器線圈兩端的電壓與匝數成正比。

（二）理論推導

請根據互感原理推導變壓器原、副線圈的電壓與匝數的關系（2、4、6、8、10組完成）

設原線圈的匝數為N₁，副線圈的匝數為N₂，穿過鐵芯的磁通量為西，則原副線圈中產生的感應電動勢分別為：

原線圈回路有：U₁E₁=I₁r₁

副線圈回路有：E₂=U₂+L₂r₂，若原、副線圈的電阻忽略不計，忽略漏磁，則原、副線圈兩端電壓與電動勢的關系分別為U₂=E₂，U₁=E₁。

小組代表展示，得出結論：變壓器線圈兩端的電壓與匝數成正比。

（教師引入理想化物理模型結合實物展示，學生學得更輕松。）

六、理想變壓器

理想變壓器的特點：

1.線圈無電阻；2.磁通量無漏失；3.鐵芯不發熱。

實際上變壓器的效率都是比較高的，特別是電力設備中的大變壓器，在滿負荷工作時效率可達97%～99%，所以理論研究時我們把它當成理想變壓器是沒有問題的。

七、理想變壓器的運行規律：（設計意圖：把理想變壓器特點放在論理推導后面，可以使學生對特點理解更深刻，讓學生親身體驗抓主要因素，忽略次要因素的這一重要研究方法。）

在探究的基礎上，教師指導學生自己推導，培養自主學習的能力。

（一）電壓規律：

理想變壓器原副線圈端電壓之比等于這兩個線圈的匝數之比。

（二）電流規律：

理想變壓器輸入功率必然等于輸出功率，即P_入=P_出：U₁I₁=U₂I₁，則：理想變壓器工作時原線圈和副線圈中的電流跟它們的匝數成反比。

思考：理想變壓器的電壓關系和電流關系是不是用一個正比和反比可以簡單地概括？會隨著變壓器結構的改變而改變嗎？（引領學生分析得出結論：實質是根據能量守恒定律和法拉第電磁感應定律推導。）

達標檢測；

課堂小結自主歸納；

作業布置：有多個副線圈的理想變壓器的電壓電流與匝數關系？

責任編輯 文思