优秀教案系列
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第3节变压器
教学分析
教学分析
教学目标
1.知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系,会用能量的观点理解变压器的工作原理。
2.知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型,体会建立理想模型这种思维方法。
3.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程,进一步提高科学探究的能力。通过对实际问题的分析,掌握推导理想变压器原、副线圈中电流与匝数的关系的思路和方法,培养学科核心素养中的科学推理。
4.在实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯,养成尊重实验数据的严谨科学态度。通过对自耦变压器、电压互感器、电流互感器的工作原理、装置特点、接入电路特点及其作用的分析,深刻理解与运用理想变压器的相关知识,体会科学、技术、社会三者的关系。
教学重难点
重点:变压器的工作原理和理想变压器的变压规律,会推导原、副线圈电流与匝数的关系。
难点:利用变压器变压规律解题。
教学方法
讲授法、实验探究法、小组合作讨论法。
课时安排
1课时
教学准备
可变匝数的变压器、多用电表、可拆式变压器、小灯泡、电源、开关、导线、多媒体辅助教学设备以及学案等。
教学
教学设计
一、情境导入
[实验展示]“魔术:隔空取电”,将可拆变压器铁芯断开,用黑色纸盒密封,将用导线与小灯泡制作的闭合回路在黑色纸盒上方来回移动,当移动到两铁芯上方时,小灯泡亮起,实现“隔空取电”。
图3.3-1
[提出问题]没有接电源的小灯泡为何能够亮起?引导学生回顾电磁感应知识后,拆开黑色纸盒进行揭秘,将可拆变压器展示在学生面前。
[学生回答]小灯泡能够亮起的原因就在于电磁感应的作用。
二、新课讲授
(一)变压器的构造
[情境设问]引导学生观察图表思考问题,我们国家民用统一供电均为220V,那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作呢?
用电器
额定工作电压
用电器
额定工作电压
音箱
3V
机床上的照明灯
36V或24V
扫描仪
12V
防身器
3000V
手机充电器
4.2V
黑白电视机显像管
几万伏
录音机
9V
彩色电视机显像管
十几万伏
[学生回答]电器设备中存在变压器。
[教师总结]引导学生认识常见变压器并了解变压器的构造。
变电站的大型变压器小型变压器高压输电中的变压器
图3.3-2
变压器的构造:
(1)①闭合铁芯:绝缘硅钢片叠合而成。
②原线圈(初级线圈):与交流电源相连的线圈叫作原线圈,也叫初级线圈。
③副线圈(次级线圈):与负载相连的线圈叫作副线圈,也叫次级线圈。
(2)原线圈(初级线圈)其匝数用n1表示,原线圈两端的电压叫变压器的输入电压U1。
(3)副线圈(次级线圈)其匝数用n2表示,副线圈两端的电压叫变压器的输出电压U2。
图3.3-3可拆变压器零部件
图3.3-4组装后的变压器
图3.3-5变压器的示意图
(二)变压器的工作原理
[提出问题]变压器原、副线圈不相通,那么给原线圈接直流电源,副线圈接一个小灯泡,通电后,小灯泡会发光吗,为什么?如果将原线圈改接为交流电源,小灯泡会发光吗?
图3.3-6
[学生回答]根据电磁感应原理,接直流电源不会发光,接交流电源会发光。
[提出问题]接交流电源的过程中能量转化是什么样子的?
[学生回答]从能量转化的角度来看,是原线圈处电场能转化成了磁场能,副线圈处磁场能又转化为电场能,实现了能量的转换和传递。
图3.3-7
[教师总结]
(1)变压器能输送电能是利用了电磁感应。在原线圈上由变化的电流激发了一个变化的磁场,即电场的能量转变成磁场的能量;通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈,于是在副线圈上产生了感应电流,磁场的能量转化成了电场的能量。
(2)现实中的变压器:①由于漏磁,通过原、副线圈的每一匝的磁通量不严格相等造成误差。②原、副线圈有电阻,原、副线圈中的焦耳热损耗(铜损),造成误差。③铁芯中有磁损耗,产生涡流造成误差。
(3)理想变压器:我们把没有能量损失的变压器称为理想变压器。理想变压器也是一个理想化模型。本章涉及的习题不做特殊说明我们一般认为是理想变压器。
(三)探究变压器的变压规律
[实验演示]将变压器两线圈上下叠放,插入铁芯,原线圈接交流电,副线圈接一额定电压为3V的灯泡,灯泡发光。将铁芯逐渐抽出,灯会逐渐变暗。接近全部抽出时,灯熄灭。再将铁芯插回,灯