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高中物理选修1-1《变压器》教案

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  高中物理选修1-1《变压器》教案

  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

  实验探究、演绎推理、学案导学

  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

  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。

  (二)情景导入、展示目标。

  [师]在实际应用中,常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流,电压有几万伏,而远距离输电却需要高达几十万伏的电压.各种用电设备所需的电压也各不相同.电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要220 V的电压,机床上的照明灯需要36 V的安全电压.一般半导体收音机的电源电压不超过10 V,而电视机显像管却需要10000 V以上的高电压.交流便于改变电压,以适应各种不同需要.变压器就是改变交流电压的设备.这节课我们学习变压器的有关知识.

  (三)合作探究、精讲点拨。

  1.变压器原理

  [师]出示可拆变压器,引导学生观察,变压器主要由哪几部分构成?

  [生]变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.一个线圈跟电源连接,叫原线圈(初级线圈),另一个线圈跟负载连接,叫副线圈(次级线圈).两个线圈都是绝缘导线绕制成的.铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成.

  [师]画出变压器的结构示意图和符号,如下图所示:

  [演示]将原线圈接照明电源,交流电压表接到不同的副线圈上,观察交流电压表是否有示数?

  [生]电压表有示数且示数不同.

  [师]变压器原、副线圈的电路并不相同,副线圈两端的交流电压是如何产生的?请同学们从电磁感应的角度去思考.

  [生]在原线圈上加交变电压U1,原线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生交变的磁通量.这个交变磁通量既穿过原线圈,也穿过副线圈,在原、副线圈中都要引起感应电动势.如副线圈是闭合的,在副线圈中就产生交变电流,它也在铁芯中产生交变的磁通量,在原、副线圈中同样引起感应电动势.副线圈两端的电压就是这样产生的.

  [师]物理上把原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象,叫做互感现象.互感现象是变压器工作的基础.

  [生]变压器的铁芯起什么作用?

  [师]如果无铁芯,并排放置的原副线圈也发生互感现象,但原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方,漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能.如有铁芯,由于磁化,绝大部分磁感线集中在铁芯内部,大大提高了变压器的效率.

  [生]原副线圈中,感应电动势大小跟什么有关系?

  [师]与线圈中磁通量变化率及线圈匝数成正比.

  师生共同活动:

  实验探究得出理想变压器得变比关系

  推导理想变压器的变压比公式.

  设原线圈的匝数为N1,副线圈的匝数为N2,穿过铁芯的磁通量为Φ,则原副线圈中产生的感应电动势分别为

  E1=N1

  E2=N2

  在忽略漏磁的情况下,ΔΦ1=ΔΦ2,由此可得

  在忽略线圈电阻的情况下,原线圈两端的电压U1与感应电动势E1相等,则有U1=E1;副线圈两端的电压U2与感应电动势E2相等,则有U2=E2.于是得到

  [师]请同学们阅读教材,回答下列问题:

  (1)什么叫理想变压器?

  (2)什么叫升压变压器?

  (3)什么叫降压变压器?

  (4)电视机里的变压器和复读机里的变压器各属于哪一类变压器?

  [生1]忽略原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器,叫做理想变压器.

  [生2]当N2>N1时,U2>U1,这样的变压器叫升压变压器.

  [生3]当N2

  [生4]电视机里的变压器将220 V电压升高到10000 V以上属升压变压器;复读机的变压器将220 V电压降到6 V,属于降压变压器.

  [师]理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系?

  [生]P出=P入

  [师]若理想变压器只有一个副线圈,则原副线圈中的电流I1与I2有什么关系?

  [生]据P出=U2I2,P入=U1I1及P出=P入得:

  U2I2=U1I1

  则:

  [师]绕制原副线圈的导线粗细一样吗?

  [生]粗细不一样.高压线圈匝数多而通过的电流小,用较细的导线;低压线圈匝数少而通过的电流大,用较粗的导线.

  2.几种常见的变压器

  [师]变压器的种类很多,请同学们阅读教材,了解几种常见的变压器,并回答下列问题:

  (1)自耦变压器有何特点?

  (2)自耦变压器如何作升压变压器?又如何作降压变压器?

  (3)互感器分为哪几类?

  (4)电压互感器的作用是什么?

  (5)电流互感器的作用是什么?

  [生1]自耦变压器只有一个线圈,滑动头位置变化时,输出电压会连续发生变化.

  [生2]若把整个线圈作副线圈,线圈的一部分作原线圈,为升压变压器;若把线圈的一部分作副线圈,整个线圈作原线圈,为降压变压器.

  [生3]互感器分为两类,即电压互感器和电流互感器.

  [生4]电压互感器用来把高电压变成低电压.它的原线圈并联在高压电路中,副线圈上接入交流电压表,根据电压表测得的电压U2和变压比,就可以算出高压电路中的电压.

  [生5]电流互感器用来把大电流变成小电流.它的原线圈串联在被测电路中,副线圈上接入交流电流表.根据电流表测得的电流I2和变流比,可以算出被测电路中的电流.

  (四)反思总结,当堂检测。

  本节课主要学习了以下内容:

  1.变压器主要由铁芯和线圈组成.

  2.变压器可改变交变电的电压和电流,利用了原副线圈的互感现象.

  3.理想变压器:忽略一切电磁损耗,有

  P输出=P输入

  4.日常生活和生产中使用各种类型的变压器,但它们遵循同样的原理.

  (五)发导学案、布置预习。

  九、板书设计

  十、教学反思

  回顾变压器这节课,收获颇多,有很多成功的地方,和可以总结的经验,也一些不足之处。

  收获:通过此次上课,更加深入的了解了新课改新教材的新,教学目标,方法,都有很大的变化,在准备的过程中逐步的提高了对新教材本质的把握,用新的方法来组织教学,取得了意想不到的良好效果。比如在研究变压器的工作原理我采用了给动画配说解说词的方式,在我的引导下,学生自己给动画配说了解说词,通过学生对动画的理解,解说的过程,加深了对变压器工作原理的理解,达到了探究的目的,提高了学生的学习兴趣,丰富了课堂的教学方法和手段。

  此外,通过这次上课,让我在课堂的安排上更加条理清楚,符合学生的认知水平和规律,让学生在接受知识时水到渠成,由以前的给于式教学转变为启发式教学,让学生主动地去研究,提高学生的学习动机,各环节的过渡自然,层层深入,逐步递进,学习有层次感。这次上课使我更加注重基本功的培养,让我的基本功又有了一次更高的提升,也让我懂得了基本功在教学中的重要性,受益匪浅。

  不足:下面说说本节课上存在的不满意的地方。 用新课改的教学模式和素质教育的要求来衡量这节课,本节课存在着一个师生互动较少的问题,还是教师占主导的地位,启发学生不够,学生的讨论还应该在增加一些,教师要学会放手,要有能放能收,收放自如的能力。比如在研究变压器的电学量之间关系的时候,应该多给学生一些时间,让学生在充分的谈论下自己得出结论,让学生自己得出的结论印象最深刻。而此环节处理的过于简单,教师说的太多,给学生的时间过少,需要改进。

  还有本节课的课程安排有些紧张,给人一种时间短,知识范围过大的感觉,有些地方用时过多,介绍性的知识可以布置为作业或是课后研究,使课堂教学的效率更高,重点更加突出。还有在课堂教学中的语言运用要更加科学规范严谨,语速要稍微慢些,教学节奏要急缓适当,让学生在学习知识时更加轻松自如。

  十一、学案设计(见下页)

  高中物理选修1-1《变压器》教学反思

  变压器这节的知识点比较简单,只要电磁感应理解清楚,本节只是它的一个应用而已,也就是前面所讲的互感现像。

  我先借助于课本上简单的实验,观察到灯泡发光,从而引发思考:灯泡所在的电路并没有与电源相连接,为什么会发光?(互感)能量是从哪里转化来的?(能量守恒思想)回忆法拉第课本上的实验(图片),明确发生了电磁感应现象。

  再通过材料展示,同学们发现不同的用电器,其额定电压不同,从而引发第二个思考:怎样得到不同的电压?提示:上面的装置中电源电压是220V,而小灯泡的额定电压仅为3.8V,是什么装置在起作用呢?引出变压器。简单介绍变压器的结构、符号、基本原理,基本物理量的对应。同时展示拆变压器,形成感官映像,并提问,若原线圈同直流电源,变压器会工作吗?

  第三部分:实验验证猜想。由书上的交流与讨论跟同学们交流引起电压改变的可能原因:原线圈,副线圈,铁芯,电源电压等等。思考用控制变量法实施实验。得到初步的印象。紧接理论推导:引领学生分析铁芯(锁磁、涡流),原副线圈(热损),得到在这些能量损失可以忽略的情况下(理想化模型 -忽略次要因素),得到这样的几个结论:φ相等,Δφ/Δt相等,从而E(i)的变化频率相等。从法拉第地磁感应定律得到变压器的三个重要公式。原副线圈的电压比与匝数比相等,电流与匝数成反比,功率相等(强调:前提针对一个副线圈)最后通过习题反馈,讨论电压,电流,功率间的制约关系。

  课后跟别的老师也交流过:大家认为实验环节可以没有,(即使设计思想也无讨论)反正理论推导可以得到相同的结果。但是我不这样认为,知识的学习应该贯彻循序渐进的原则,在新授课上,我宁愿学生活泼的学习,宁愿多做一些在别的老师看来是对成绩没有影响的实验。

  疑问之处:当负载空载时,副线圈电流为零,原线圈也为零,如何跟学生解释?

  空载时,对于理想变压器,副线圈的电阻无穷大,电流为0;原线圈也会有一个很小的电流,以维持铁心中的交变磁场,这个电流与原线圈的电压是不同步的,有一定的周期延迟,在电流周期的不同阶段,线圈把从输入电路中得到的电能重新输送回原电路,在较长时间内(大于1个周期)输入电路对原线圈输入的电能为0;即原线圈中虽然有电流,但这个电流不消耗输入电路的能量。对于非理想变压器,由于铁心中也会有涡流,即使空载,也相当于有负载。

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