《變壓器》導(dǎo)學(xué)案

《變壓器》導(dǎo)學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、能說出變壓器的基本構(gòu)造和原理，像個(gè)小專家一樣給小伙伴們簡單介紹變壓器哦。2、可以根據(jù)變壓器的原理推導(dǎo)出電壓與匝數(shù)的關(guān)系，就像做個(gè)小偵探，從原理里找到這個(gè)神秘的關(guān)系。3、學(xué)會(huì)用變壓器的電壓與匝數(shù)關(guān)系解決一些簡單的實(shí)際問題，這就好比用我們找到的鑰匙去開實(shí)際問題的鎖。二、知識梳理（一）變壓器的構(gòu)造1、變壓器主要由哪兩部分組成呢？對啦，是原線圈（初級線圈）和副線圈（次級線圈），這兩個(gè)線圈繞在同一個(gè)閉合鐵芯上。就像兩個(gè)小伙伴住在同一個(gè)小房子（鐵芯）里呢。2、原線圈和副線圈都是用絕緣導(dǎo)線繞制而成的，這就保證了電流按照我們想要的路線走，不會(huì)亂跑。（二）變壓器的原理1、變壓器是基于電磁感應(yīng)原理工作的。當(dāng)原線圈中通有交變電流時(shí)，這個(gè)交變電流會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁場。這個(gè)交變磁場就像一個(gè)會(huì)魔法的小精靈，它會(huì)在副線圈中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢。2、這里有個(gè)關(guān)鍵的點(diǎn)哦，如果原線圈的匝數(shù)是$n_1$，副線圈的匝數(shù)是$n_2$，原線圈兩端的電壓是$U_1$，副線圈兩端的電壓是$U_2$，那么就存在這樣一個(gè)神秘的關(guān)系：＄＼frac{U_1}｛U_2}＝＼frac{n_1}｛n_2}＄。這可是變壓器的一個(gè)超級重要的公式呢。（三）理想變壓器1、什么是理想變壓器呢？就是假設(shè)變壓器沒有能量損失的情況啦。在實(shí)際生活中雖然不存在完全理想的變壓器，但是這個(gè)假設(shè)可以讓我們先簡單地研究變壓器的一些特性。2、對于理想變壓器，它的輸入功率和輸出功率是相等的，也就是$P_1＝P_2$。又因?yàn)?P＝UI$，結(jié)合前面電壓和匝數(shù)的關(guān)系，我們還能推出電流和匝數(shù)的關(guān)系呢。如果原線圈中的電流是$I_1$，副線圈中的電流是$I_2$，根據(jù)$P_1＝P_2$，可以得到$U_1I_1＝U_2I_2$，再把$＼frac{U_1}｛U_2}＝＼frac{n_1}｛n_2}＄帶進(jìn)去，就可以得到$＼frac{I_1}｛I_2}＝＼frac{n_2}｛n_1}＄。三、學(xué)習(xí)活動(dòng)（一）小組討論1、大家分組討論一下，如果原線圈的匝數(shù)比副線圈的匝數(shù)多，那么電壓會(huì)怎么變化呢？是升高還是降低呀？這時(shí)候電流又會(huì)怎么變化呢？可以根據(jù)我們剛剛學(xué)的公式來思考哦。2、討論一下在生活中都有哪些地方用到了變壓器呢？比如手機(jī)充電器呀，變電站里的大變壓器呀?？纯茨膫€(gè)小組能找到最多的例子。（二）閱讀教材1、仔細(xì)閱讀教材中關(guān)于變壓器原理的部分，看看有沒有什么不懂的地方。如果有，就把問題記下來，一會(huì)兒我們一起解決。2、閱讀教材里關(guān)于理想變壓器假設(shè)的部分，思考一下為什么要做這樣的假設(shè)，這種假設(shè)有什么好處呢？四、學(xué)習(xí)指導(dǎo)1、當(dāng)推導(dǎo)電壓與匝數(shù)的關(guān)系時(shí)，如果感覺有點(diǎn)難，可以先回顧一下電磁感應(yīng)的知識。想一下，交變電流產(chǎn)生交變磁場，交變磁場又在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這里面有什么聯(lián)系呢？2、對于理想變壓器功率關(guān)系的理解，可以從能量守恒的角度去思考。能量不會(huì)憑空消失也不會(huì)憑空產(chǎn)生，所以輸入功率和輸出功率相等。那如果一個(gè)變壓器不是理想的，會(huì)有哪些能量損失呢？可以思考一下這個(gè)問題哦。五、鞏固練習(xí)（一）基礎(chǔ)題1、一個(gè)變壓器的原線圈匝數(shù)為100匝，副線圈匝數(shù)為50匝，如果原線圈兩端的電壓是220V，那么副線圈兩端的電壓是多少呢？解題思路：根據(jù)$＼frac{U_1}｛U_2}＝＼frac{n_1}｛n_2}＄，這里$n_1＝100$，＄n_2＝50$，＄U_1＝220V$，那么$U_2=＼frac{n_2}｛n_1}U_1=＼frac{50}｛100}＼times220V＝110V$。2、理想變壓器原線圈接在電壓為220V的交流電源上，副線圈的輸出電壓為110V，若副線圈增加100匝后，輸出電壓變?yōu)?32V，則原線圈匝數(shù)為多少？解題思路：設(shè)原線圈匝數(shù)為$n_1$，原來副線圈匝數(shù)為$n_2$。根據(jù)$＼frac{U_1}｛U_2}＝＼frac{n_1}｛n_2}＄，可得$＼frac{220}｛110}＝＼frac{n_1}｛n_2}＄，即$n_1＝2n_2$。當(dāng)副線圈增加100匝后，＄＼frac{220}｛132}＝＼frac{n_1}｛n_2＋100}＄，把$n_1＝2n_2$代入這個(gè)式子，就可以求出$n_1$的值啦。（二）提高題1、有一個(gè)理想變壓器，原線圈的匝數(shù)為1000匝，副線圈有兩個(gè)，匝數(shù)分別為$n_2＝500$匝和$n_3＝200$匝。原線圈接在電壓為220V的交流電源上，求兩個(gè)副線圈兩端的電壓分別是多少？解題思路：對于副線圈1，根據(jù)$＼frac{U_1}｛U_2}＝＼frac{n_1}｛n_2}＄，這里$n_1＝1000$，＄n_2＝500$，＄U_1＝220V$，所以$U_2=＼frac{n_2}｛n_1}U_1=＼frac{500}｛1000}＼times220V＝110V$。對于副線圈2，同理，＄U_3=＼frac{n_3}｛n_1}U_1=＼frac{200}｛1000}＼times220V＝44V$。2、一個(gè)理想變壓器，原線圈輸入功率為100W，原線圈電壓為220V，副線圈電壓為110V，求副線圈的輸出電流是多少？解題思路：因?yàn)槭抢硐胱儔浩?，＄P_1＝P_2$，已知$P_1＝100W$，＄U_2＝110V$，根據(jù)$P＝UI$，可得$I_2=＼frac{P_2}｛U_2}＝＼frac{100W}｛110V}＝＼frac{10}｛11}A$。（三）拓展題1、在一個(gè)變壓器中，原線圈匝數(shù)$n_1＝1000$匝，副線圈匝數(shù)$n_2＝500$匝，原線圈電阻$r_1＝1\Omega$，副線圈電阻$r_2＝0.5\Omega$，原線圈接在電壓為220V的交流電源上，求副線圈兩端的實(shí)際電壓。（提示：要考慮線圈電阻對電壓的影響哦）解題思路：先不考慮電阻，根據(jù)$＼frac{U_1}｛U_2}＝＼frac{n_1}｛n_2}＄求出理想情況下副線圈電壓$U_{20}＝＼frac{n_2}｛n_1}U_1=＼frac{500}｛1000}＼times220V＝110V$。原線圈電流$I_1=＼frac{U_1}｛r_1＋＼frac{n_1}｛n_2}r_2}＝＼frac{220V}｛1\Omega+＼frac{1000}｛500}＼times0.5\Omega}＝＼frac{220V}｛2\Omega}＝110A$。副線圈實(shí)際電壓$U_2＝U_{20}I_2r_2$，又因?yàn)?I_2=＼frac{n_1}｛n_2}I_1=＼frac{1000}｛500}＼times110A＝220A$，所以$U_2＝110V220A\times0.5\Omega＝0V$。（這里答案為0V是因?yàn)樵谶@個(gè)假設(shè)