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高二物理下册变压器教案

2018-04-04 16:11:06

变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。下文为大家推荐了变压器教案,供大家参考。

磁波的发射和接收

教学目标

1.知道变压器的构造,理解变压器的工作原理。

2.理解理想变压器的原、副线圈中电压与匝数关系,电流与匝数关系。

3.知道几种常见的变压器。

4.激发学生对科学的兴趣和热情,了解变压器在生活中的应用。在自主实验和逐步探究的学习过程中,培养细心观察、深入思考和相互交流的学习习惯与合作精神

5.进行科学态度、科学方法的教育,了解理想化模型在物理学研究中的重要性。

重点难点

1.重点:通过实验探究得到变压器原副线圈电压和匝数的关系;

2.难点:理想变压器电压与匝数关系的分析推导。

教学器材

学生电源、可拆变压器、交流电压表、小灯泡、多用电表(交流电压档)。

【教学过程】

一、创设情境,激趣导入

1.在实际使用中,我们常常需要不同电压的交流电。如表所示:

用电器

额定工作电压

用电器

额定工作电压

随身听

3V

机床上的照明灯

36V

扫描仪

12V

防身器

3000V

手机充电器

4.2V  4.4V  5.3V

黑白电视机显像管

几万伏

录音机

6V  9V  12V

彩色电视机显像管

十几万伏

平常生活用电的电压是220伏,那该怎么办呢?——我们需要变压器。(让学生体会到变压器作用的实际意义)

2.多媒体展示变压器的种类和式样(让学生对实际变压器有感性认识);

3.引导学生观察可拆变压器的构造,并通过示意图明确下列概念:

原线圈——与电源相连,输入电压U1,线圈匝数为n1

副线圈——与用电器相连,输出电压U2,线圈匝数为n2

铁芯——有何特点?

变压器是如何变压的呢?有什么规律?这就是我们今天要探究的课题。

二、实验探究变压器的变压规律

1.引导学生讨论探究的方案

猜测原副线圈的电压与什么因素有关,由法拉第电磁感应定律公式可能想到与线圈匝数有关。

实验仪器为学生电源(低压交流12V)、可拆变压器、多用电表(交流电压档);设计并画出实验电路图;设计实验操作步骤;记录实验数据,可以设计一个表格。

2.学生分组实验----控制变量法

保持原线圈电压和匝数不变,改变副线圈匝数,研究副线圈匝数对副线圈电压的影响;

保持原线圈电压和副线圈匝数不变,改变原线圈匝数,研究原线圈匝数对副线圈电压的影响。

3.引导学生分析数据,并归纳出:原线圈电压和匝数不变时,副线圈匝数越多,U2 越大。原线圈电压和副线圈匝数不变时,原线圈匝数越少,副线圈电压越高。在实验误差范围内,原副线圈电压比跟原副线圈的匝数比成正比。

三、师生理论推导

1.师生共同分析互感原理

变压器为什么能改变交流电的电压?(提供时间让学生讨论,猜测,提出假设,理论论证,再共同分析)

2.铁芯的作用分析

在互感过程中,铁芯起到了一个什么样的作用呢?(学生猜测)

发现现象:演示实验,使可拆变压器的铁芯由不闭合到闭合,如图所示,接在副线圈两端的小灯泡亮度从较小到正常发光。

提出问题:小灯泡的亮度为什么会变亮?

讨论猜想:若无铁芯或铁芯不闭合时,原线圈中的磁感线只有一小部分贯穿副线圈,大部分漏失在外,有了闭合铁芯,由于铁芯被磁化,绝大部分磁感线集中在铁芯内部,贯穿副线圈,大大增强了变压器传输电能的作用.可见,漏失的磁感线不能起到传输电能的作用。有了闭合铁芯后,漏失的磁感线大大减少。

总结提高:变压器——电能→磁能→电能。铁芯起到了能量转换的作用。

3.能量损耗分析

从原线圈输入100J的能量,副线圈上一定可以输出100J能量吗?

引导学生讨论:实际的变压器在运行时,那些地方有能量损耗呢?

(磁感线漏失磁,线圈电阻发热,铁芯涡流)

4.理论探求变压器原副线圈的电压和匝数的关系。

在忽略以上能量损失的条件下,引导学生进行如下推导:

①因无漏磁,通过原、副线圈的磁通量及其变化率都相等,即

Φ1=Φ2,ΔΦ1=ΔΦ2.

②原、副线圈产生的感应电动势分别为

1=n1(ΔΦ1/Δt), 2=n2(ΔΦ2/Δt).

③因原、副线圈没有电阻,原副线圈两端电压与电动势的关系分别为

U1= 1,U2= 2.

④由此可得出原副线圈的电压与匝数的关系为

U1/U2=n1/n2.

5.理想变压器模型的建立

在变压器的电磁感应过程中,电能和磁能的相互转化是最主要的因素,而伴随而来的损耗是一些次要因素。为了研究的方便,我们突出主要因素,忽略次要因素。这是科学研究的一种常用方法。那么我们可以把实际的变压器抽象成理想变压器——一个没有能量损耗的理想变压器。即 P1=P2  。

6.学生自主推导理想变压器原副线圈电流与匝数的关系

理想变压器输入的电功率等于输出的电功率,即

P1=P2

U1I1=U2I2

由此可得,

所以,理想变压器的原副线圈的电流跟他们的匝数成反比。

由这一关系,可知若是高压线圈匝数多,但电流小,可用较细的导线,可以节省材料;若是低压线圈匝数少但是电流大,就要用较粗的导线。所以,我们可以从导线的粗细来判断其匝数的多少,进而判断使升压变压器还是降压变压器。

四、小结

在本节课学习中,我们学到了哪些知识?使用了哪些思想方法?请同学们总结归纳。

教学反思

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

以上就是编辑老师为大家整理的变压器教案,希望大家喜欢。更多精彩内容请点击精品学习网高中频道查看哦!

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