高中物理《变压器》教案1 新人教版必修1.docx
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高中物理《变压器》教案1 新人教版必修1.docx
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高中物理《变压器》教案1新人教版必修1
2019-2020年高中物理《变压器》教案1新人教版必修1
学情分析:
学生通过前面《电磁感应》整章的学习,已经对磁生电以及涡旋电流有了基本的掌握,在《交流电》前两节的学习,对交流电的特点也比较清楚,已经基本具备了学习变压器这一节内容的必备知识。
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,在教学中需作出补充提示。
教材分析:
教材是落实课程标准、实现教学目标的重要载体,新教材的特点之一是“具有基础性、丰富性和开放性。
”即学习内容是基础而丰富的,呈现形式是丰富而开放的。
本节教材配有小实验,思考与讨论,简明扼要的文字说明,贴近生活的图片生动而形象,开阔眼界的科学漫步。
教材对变压器原理的表述比较浅,在处理时要将这部分内容情境化,将静态知识动态化,利于学生理解透彻。
另外,教材中“探究变压器线圈两端的电压与匝数关系”建议用控制变量法探究,但我认为控制变量法在这个实验中不利于学生寻找物理量之间的关系,因此我在这个实验中建议学生从和、差、积、比几个方面试探分析。
教、学用具:
(1)教师的教具:
台式电脑、投影屏幕、实物投影仪;教学课件;可拆式变压器、学生电源、开关、小灯泡、导线、多用电表等
(2)学生的学具:
分组用实验器材
本课教学目标:
1、知识目标:
(1)理解变压器的结构
(2)掌握变压器的工作原理和工作规律
2、能力目标:
(1)在探究过程中培养学生的协作、交流的能力。
(2)培养发现问题、解决问题、实验设计与探究的能力。
3、情感态度与价值观目标:
(1)使学生领略科学研究的综合性,在科学探究中形成严谨务实的态度。
(2)领悟到物理与生活的紧密联系。
本课教学重点难点:
本课的重点是变压器的原理及变压器两端电压与匝数的关系。
难点是变压器在怎样的条件下才能工作?
闭合铁芯在变压器效率上有怎样的重要作用?
我设计了四个小实验让学生自己去体验发现来突破难点。
教学过程:
第一部分:
课前收集变压器
变压器在平时生活中比较常见,学生对变压器这一名词并不陌生,因此课外要求学生搜集各种变压器,了解变压器的基本作用,必然会引起学生对变压器的极大兴趣,激发出学生对变压器的好奇心和求知欲,增强了感性认识,使变压器教学更贴近学生的实际生活,体会到物理与生活的紧密联系,提高学习物理的兴趣。
引导学生自主搜集和整理学习材料,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
第二部分:
变压器的结构
获得知识的过程是曲折的、充满矛盾的、活生生的、永无止境的过程,而不是平铺直叙、垂手可得。
从生活中常见用电器所需的额定电压各不相同,但民用电压为220V引出矛盾,很自然引发学生思考解决这一矛盾的途径,使刚上课学生的注意力很快集中到所学习的内容,又能使学生产生深厚的兴趣和求知欲,引起学生积极的思维活动。
学生联系生活常识及课前特意了解马上找到解决这一矛盾的途径——变压器。
继而亮出学生课前搜集的各式变压器,学生看到自己亲自搜集的变压器,会有一种由衷的自豪感、亲切感。
再看一组乡村变压器、变电所的大型变压器等,开阔同学们的视野。
选出一个拆开后的变压器,要求学生观察变压器总结得出变压器的结构,在这个过程中教师适时补充与完善。
在此,对变压器中的铁芯的作用可以不必提出,放在变压器的工作原理时通过实验得出更合适。
第三部分:
变压器的工作原理
一个好的问题是开启学生思维的钥匙,是学生思维的源泉。
教师要在教学的不同环节设置不同形式的问题。
试探性的问题,可使学生学习的新知和原有的经验结合,利于知识的建构;过渡性问题,能承上启下,过渡自然,使学生的思维有连续性,不致造成思维的混乱。
设置总结性的问题,不仅使学生解出正确答案,还知道了答案得出过程,培养学生的分类思想和归纳能力;发散性问题,使学生对概念和规律的认知在原有认知的基础上得以拓展,培养学生创造性解决问题的能力,因此,教学设计中精心设计问题对于学生的思维发展是十分重要的。
提出问题:
原、副线圈并没有直接连接,合上S2,接在副线圈两端的灯泡能亮吗?
要求学生推测并说出推测根据。
面对问题学生展开了思考、猜想、讨论,积极地表达自己的想法,课堂气氛热烈,由于学生想法并不一致,很自然产生了动手探究,一见分晓的愿望,这时让学生自己上台演示实验,实验结果引发新一轮的思考、讨论,得出变压器的可能的工作原理。
针对学生认识的误区及盲区,设计四组不同的实验,要求四组同学分组实验,并对出现的实验结果预测、分析。
第一组:
交流电源、闭合铁芯(实验结果小灯泡亮,目的是让学生亲自验证变压器的工作原理)
第二组:
直流电源、闭合铁芯(实验结果小灯泡不亮,目的是让学生亲自体验变压器工作需要用交流电源,进一步完善和强化对变压器工作原理的认识)
第三组:
交流电源、不闭合铁芯
第四组:
交流电源、闭合纸芯(第三、第四组实验实验结果小灯泡不亮,目的是让学生亲身感受到闭合铁芯的在提高变压器工作效率上的重要作用,从而提出理想变压器的概念)。
在丰富有趣的实验中,新旧知识得以重新整合,学生对变压器的工作原理的认识有了新的提高,认识更完整、更清晰、更深刻。
第四部分:
变压器的工作规律
过度设问:
如果在变压器的原副线圈各并联接入一个相同的小灯泡,则小灯泡的亮度会一样亮吗?
对这一问题,学生根据生活中的初步知识,变压器的基本作用是变压,也能得到两灯的亮度不一样亮。
从演示实验中,学生观察到两灯亮度不一样,切实感受到变压器确实能改变电压,同时为下一个问题创设了情境,必然会引发学生思考变压器电压的变化可能与哪些因素有关?
引起猜测、探究的强烈愿望,使学生思维由置疑到质疑,达到学生思维的最优化。
猜测变压器原副线圈电压大小可能与哪些因素有关时,教师可根据学生的猜测做一些简单的实验来证实他们的猜想,如我设计的一个实验:
用一根一米长的有多股芯线的导线与一小灯泡相连,随着绕在铁芯上的匝数不同,小灯泡的亮度也不同,形象直观地展现了变压器原副线圈电压大小与线圈的匝数有关,学生信服。
信服之余,新的问题有在脑海中孕育而生,即原副线圈电压大小与线圈的匝数有怎样的关系?
为后续探究明确了目标和内容,即探究原副线圈电压与线圈匝数的关系,这样的教学过程,能够培养学生提出问题的意识和能力。
分四组探究得出电压与线圈匝数的关系。
简单介绍实验器材,提出实验注意事项,要求学生自己设计实验方案、设计实验数据记录表格、分析实验数据(提示:
一般数据分析可以从和、差、积、比值等几方面着眼考虑)得出实验结论,一组同学相互协作、共同完成实验探究。
让学生从自己亲手做实验得出的数据,表达本组的实验方案、数据分析方法及结论,这样不仅提高了学生的科学探究意识和能力,培养了相互合作的团队精神,享受到了成功的喜悦,增强了学习物理的兴趣,活跃了课堂气氛。
至此班级气氛异常激动,喜悦之余,话锋一转,根据学过的知识从理论上推出电压与线圈匝数的关系。
在准备知识欠缺的情况下,这里需要作适当提示,即理想变压器原线圈两端的电压与原线圈产生的电动势是相等的,在此基础上学生结合已有的知识很顺利的推出了原副线圈两端电压与线圈匝数的关系,达到理论与实践的统一,为实验结论的可信度增加了筹码。
第五部分:
变压器的应用与延伸
新课程标准强调从生活走向物理,从物理走向社会,把物理知识适当的引向实际应用及生活,体现学以致用、学有所用,不仅可以拓展学生的知识面、发展创造力,培养学生创新思维,而且可以让学生总结失败的原因,获得成功的享受,增加学习的兴趣并得到更好锻炼。
我要求学生设计一个能用照明电给复读机供电的电源的电路。
说明:
复读机用6V直流电源。
物理学科本身的科研性就比较强,教师要通过教育教学活动激发学生的探究意识,课堂探究与课后探究相结合,提高学生的探究能力,使学生能适应终身学习的要求和需要,这对于以后他们从事科学研究活动非常重要。
因此,要求学生课后探究变压器的电流与哪些因素有关?
有怎样的关系?
并理论推导。
学生在课外实验中不可能一帆风顺,教师在操作时要适当引导。
但是,教师也不可包办代替,要让学生接受挫折,从中总结经验教训,不断改进实验,发挥学生的创造性,特别是为那些潜能生提供了必要的发展空间。
第五部分:
教学反思
这节教学设计有成功的地方,也还有值得改进的地方。
成功的地方有以下几点:
1、教学思路清晰,教学知识结构“变压器的结构”、“变压器的工作原理”、“变压器的工作规律”安排合理。
2、教学方法多样,有集体教学、个别提问、小组讨论、分组实验等;教学以问题为线索,层层深入、引人入胜,有设问、创设情景引发问题,以探究为手段,设计生动有趣的实验丰富激活课堂,。
3、教学特色:
紧紧抓住主题、牢牢吸引学生,注重知识的温故而知新,包括提出问题能力、理论推断能力、动手探究能力、相互合作能力等多方面能力的培养,课堂和谐有序、思维活动活跃,以学生为主体,课内、课外成为一个有机的整体,目标意识强,体现新课程理念,符合新课程标准。
4、课堂亮点:
将变压器变形后设计四组实验,让学生从实验中深刻体验变压器的工作原理,改变了平铺直叙的枯噪,说服力差,学生理解不透彻的弊病。
在四组实验的组织上可以改进采用分四组以竞赛的形式进行,这样能增强竞争意识、集体意识,提高参与的积极性,效果会更好。
2019-2020年高中物理《变压器》教案2新人教版必修1
教学目标:
知识与技能:
(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。
过程与方法:
(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)
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。
教学重点:
变压器工作原理
教学难点:
变压器是如何将原线圈的电能传输给副线圈的
教学过程:
新课导入:
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。
一般的家用电器需要220V的电压,动力用电需380V电压,机床上的照明灯需要36V的安全电压,而电视机显像管却需要10000V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。
新课教学:
(一)变压器的原理:
1、构造:
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?
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。
2、工作原理:
演示实验:
原线圈接交流电源,副线圈接小灯泡,小灯泡发光。
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。
这个交变的磁通量既穿过原线圈,也穿过副线圈,在原、副线圈中都要产生感应电动势。
当副线圈接负载时,副线圈相当于交流电源向负载供电。
在副线圈中产生交变电流,它也在铁芯中产生交变磁通量,这个交变磁通量既穿过副线圈,也穿过原线圈,在原、副线圈中同样要引起感应电动势。
在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。
从能量转化的角度,变压器是把电能转化为磁场能,再将磁场能转化为电能的装置。
由于互感现象,尽管两个线圈之间没有导线相连,电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。
问:
变压器的铁芯起什么作用?
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。
变压器对恒定电流不能变压。
因为变压器接入恒定电流,在铁芯中不会产生交变的磁通量,没有互感现象出现。
(二)理想变压器:
没有漏磁及发热损失的变压器,即没有能量损失的变压器叫理想变压器。
1、实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系:
(1)保持原线圈匝数不变,改变副线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响;
(2)保持副线圈匝数不变,改变原线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响;
2、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,在不考虑铁芯漏磁的情况下,穿过原、副线圈的磁通量变化率相同。
在原副线圈中产生的感应电动势分别为:
,,;
对于理想变压器,不考虑原、副线圈的电阻,则,;
时,,变压器使电压升高,这种变压器叫做升压变压器;
时,,变压器使电压降低,这种变压器叫做降压变压器;
当有几组副线圈时,有:
3、功率关系:
对于理想变压器,不考虑能量损失,有;
4、电流关系:
当只有一个副线圈时,
当有多个副线圈时,
问:
绕制原副线圈的导线粗细一样吗?
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。
需注意的几个问题:
(1)变压器输出电压与输入电压的频率相等。
(2)当理想变压器原、副线圈的匝数不变时,如果变压器的负载发生变化,确定其他物理量时,依据以下原则:
①输入电压决定输出电压;,当不变时,不论负载电阻是否变化,
都不会改变。
②输出电流决定输入电流;在输入电压一定的情况下,输出电压也被确定。
当负载电阻R减小时,增大,则相应增大;当负载电阻R增大时,减小,则
相应减小;
③输出功率决定输入功率;理想变压器的输入功率与输出功率相等。
在输入电压
一定的情况下,输出电压也被确定。
当负载电阻R增大时,,减小,减小,
输入功率也相应的减小;当负载电阻R减小时,,增大,增大,输入功率也相应的增大;
(三)几种常见的变压器:
(1)自耦变压器:
如图所示是自耦变压器的示意图。
这种变压器的特点是
铁芯上只绕有一个线圈,如果把整个线圈作原线圈,
副线圈只取线圈的一部分,将可以降低电压;
如果把线圈的一部分作原线圈,这个线圈作副线圈,
就可以升高电压。
(2)调压变压器:
属于自耦变压器。
构造如图所示,线圈AB绕在一个
圆环形的铁芯上,AB之间加上输入电压,移动滑动
触头P的位置就可以调节输出电压。
(3)互感器:
交流电压表和电流表都有一定的量度范围,不能直接测量高电压和大电流。
可以用变压器把高电压变成低电压,或者把大电流变成小电流。
互感器分为电压互感器和电流互感器两种。
①用来把高电压变成低电压。
原线圈并联在高压电路中,
副线圈上接上交流电压表,根据电压表测得的电压
和铭牌上标明的变压比(),就可以算出高压电路中的电压。
为了工作安全,电压互感器的铁壳和副线圈应该接地。
②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和铭牌上
标明的变流比(),可以算出被测电路中的电流。
如果被测电路是高压电路,为了工作安全,同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地。
例1、
如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1:
n2=4:
1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,电流表A1的示数是12mA,则电流表A2的示数为(B)
A、2mA
B、0mA
C、48mA
D、与负载R的值有关
解析:
变压器不能工作在恒定电压和恒定电流的电路,导体棒向左匀速切割磁感线时,在原线圈中通过的是恒定电流,不能引起副线圈磁通量的变化,在副线圈中无感应电动势产生,所以A2中无电流通过。
例2、
如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1:
n2=4:
1,原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。
a、b端加一交流电压后,两电阻消耗的电功率之比
PA:
PB=________,两电阻两端的电压之比UA:
UB=_________。
解析:
原、副线圈中的电流之比:
,,
例3、
如图所示,(a)是一理想变压器的电路连接,(b)是在原线圈两端所加的电压随时间变化的关系图象,已知原副线圈的匝数比为10:
1,电流表A2的示数为2A,开关S断开,求:
(1)变压器输入功率和电压表的示数;
(2)将开关S闭合,定性分析电路中三只电表的示数变化情况。
解析:
(1)由图(b)可知电压的有效值U1=200V,由得副线圈电压=20V,变压器的输入功率P1等于P2,P1=P2=U2I2=20×2=40W。
(2)将S闭合,U2不变,即电压表示数保持为20V不变,由于负载增多,负载的总电阻减小,电流表A2的示数增大,副线圈的输出功率增加,原线圈的输入功率随之增加,电流表A1的示数增大。
例4、
如图所示,理想变压器有两个副线圈,原线圈1接220V的交流电源,副线圈2的匝数为30匝,两端并有“12V、12W”的灯泡L正常发光,副线圈3的输出电压为110V,接有电阻R,通过R的电流为0.4A,求:
(1)副线圈3的匝数n3;
(2)原线圈1的匝数n1和通过它的电流I1。
解析:
理想变压器线圈两端的电压与匝数成正比,输入功率等于输出的总功率,对于有几个副线圈的情况也成立,但存在多个副线圈时电流关系要从功率关系来确定。
(1)由得=275匝
(2)由得=550匝
由P1=P2+P3=(12+110×0.4)W=56W得原线圈中的电流=0.255A
例5、
在绕制变压器时,某人将两个线圈在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上。
当通以交流电时,每个线圈产生的磁通量都一半通过另一个线圈,另一半通过中间的臂。
已知线圈1、2的
匝数之比为。
在不接负载的情况下(BD)
A、当线圈1输入电压为220V时,线圈2输出电压为110V
B、当线圈1输入电压为220V时,线圈2输出电压为55V
C、当线圈2输入电压为110V时,线圈1输出电压为220V
D、当线圈2输入电压为110V时,线圈1输出电压110V
解析:
,
,
小结:
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流的电压和电流,利用了原副线圈的互感现象。
对于理想变压器:
,,;
(3)日常生活中常见的变压器。
作业:
创新课时训练:
P27-28
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