【2020秋備課】高中物理教案新人教版選修3-2-5.4-變壓器

5.4變壓器一．教學(xué)設(shè)計《課程標(biāo)準(zhǔn)》對于變壓器的教學(xué)要求是“通過試驗(yàn)，探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”。新教科書與以往教科書的不同之處是增加了這一探究試驗(yàn)。教學(xué)主要突出通過探究得出結(jié)論。變壓器是交變電路中常見的一種電器設(shè)備，也是遠(yuǎn)距離輸送交變電流不行缺少的裝置。對于變壓感器工作原理，要讓同學(xué)在電磁感應(yīng)理論的基礎(chǔ)上理解什么是互感現(xiàn)象？為什么原、副線圈之間沒有載流導(dǎo)線連接，副線圈中還可以輸出電流？使同學(xué)再次體會交變電流與恒定電流的區(qū)分，以及交變電流的優(yōu)點(diǎn)。二．教學(xué)目標(biāo)1．學(xué)問與技能（1）知道變壓器的構(gòu)造，了解變壓器的工作原理。（2）理解抱負(fù)變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題。2．過程與方法在探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系中培育同學(xué)運(yùn)用物理抱負(fù)化模型分析問題、解決問題的力氣。3．情感、態(tài)度與價值觀（1）使同學(xué)體會到能量守恒定律是普遍適用的。（2）培育同學(xué)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。三．教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)1．重點(diǎn)：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。2．難點(diǎn)：探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。四．教學(xué)方法：試驗(yàn)探究法、閱讀法、講解法。教具：同學(xué)電源、可拆變壓器、溝通電壓表、溝通電流表、燈泡五．教學(xué)過程1．引入新課在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要轉(zhuǎn)變溝通的電壓.大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的溝通，電壓有幾萬伏，而遠(yuǎn)距離輸電卻需要高達(dá)幾十萬伏的電壓。各種用電設(shè)備所需的電壓也各不相同。電燈、電飯煲、洗衣機(jī)等家用電器需要220V的電壓，機(jī)床上的照明燈需要36V的平安電壓。一般半導(dǎo)體收音機(jī)的電源電壓不超過10V，而電視機(jī)顯像管卻需要10000V以上的高電壓。溝通便于轉(zhuǎn)變電壓，以適應(yīng)各種不同需要。變壓器就是轉(zhuǎn)變溝通電壓的設(shè)備。這節(jié)課我們學(xué)習(xí)變壓器的有關(guān)學(xué)問。2．進(jìn)行新課（1）變壓器的原理思考與爭辯：按上圖所示連接好電路，接通電源，觀看燈泡是否發(fā)光。兩個線圈并沒有直接接觸，燈泡為什么亮了呢？這個試驗(yàn)說明白什么？當(dāng)一個線圈中同交變電流時，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場在另一個線圈中激起感生電場，從而產(chǎn)生感生電動勢，燈泡中有了感應(yīng)電流，故燈泡發(fā)光。試驗(yàn)說明，通過互感現(xiàn)象，電源的能量可以從一個線圈傳輸給另一個線圈。變壓器就是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈構(gòu)成的。一個線圈跟電源連接，叫原線圈（初級線圈），另一個線圈跟負(fù)載連接，叫副線圈（次級線圈）。兩個線圈都是絕緣導(dǎo)線繞制成的。鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成。畫出變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖和符號，如下圖所示：互感現(xiàn)象時變壓器工作的基礎(chǔ)。在原線圈上加交變電壓U1，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量。這個交變磁通量既穿過原線圈，也穿過副線圈，在原、副線圈中都要引起感應(yīng)電動勢。如副線圈是閉合的，在副線圈中就產(chǎn)生交變電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中同樣引起感應(yīng)電動勢。副線圈兩端的電壓就是這樣產(chǎn)生的。所以，兩個線圈并沒有直接接觸，通過互感現(xiàn)象，副線圈也能夠輸出電流。變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)有何關(guān)系呢？下面我們通過試驗(yàn)來探究。目的：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系器材：可拆變壓器，同學(xué)電源，多用電表，導(dǎo)線若干試驗(yàn)步驟：①按右圖所示連接電路②原線圈接低壓溝通電源6V保持原線圈匝數(shù)n1不變分別取副線圈匝數(shù)n2=n1n1，2n1，用多用電表溝通電壓檔分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。③原線圈接低壓溝通電源6V保持副線圈匝數(shù)n2不變分別取原線圈匝數(shù)n1=n2n22n2，用多用電表溝通電壓檔分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。U1＝6V試驗(yàn)次數(shù)123456原線圈匝數(shù)n1n1n1n1n2n2n2副線圈匝數(shù)n2n1n12n1n2n22n2副線圈輸出電壓U2結(jié)論④總結(jié)試驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。留意事項：Ⅰ．Ⅱ．留意人身平安。只能用低壓溝通電源，電源電壓不能超過12VⅢ．（2）電壓與匝數(shù)的關(guān)系電流通過變壓器線圈是會發(fā)熱，鐵芯在交變磁場的作用下也會發(fā)熱。所以，變壓器工作時存在能量損失。沒有能量損失的變壓器叫做抱負(fù)變壓器。，只適用于抱負(fù)變壓器。實(shí)際上變壓器的工作效率都很高，在一般的計算中，可以把實(shí)際變壓器視為抱負(fù)變壓器。抱負(fù)變壓器原線圈的輸入功率與副線圈的輸出功率有什么關(guān)系？由于抱負(fù)變壓器沒有能量損失，所以P出=P入若抱負(fù)變壓器只有一個副線圈，則原副線圈中的電流I1與I2有什么關(guān)系？據(jù)P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1則：上式是抱負(fù)變壓器只有一個副線圈時，原副線圈中的電流比公式。假如副線圈的電壓高于原線圈的電壓，這樣的變壓器叫升壓變壓器；假如副線圈的電壓低于原線圈的電壓，這樣的變壓器叫降壓變壓器。升壓變壓器，n2＞n1，降壓變壓器，n2＜n1。升壓變壓器，I2<I1，降壓變壓器，I2>I1。在繞制升壓變壓器原副線圈時，副線圈導(dǎo)線應(yīng)比原線圈導(dǎo)線粗一些好，還是細(xì)一些好？降壓變壓器呢？由于升壓變壓器，I2<I1，所以副線圈導(dǎo)線可以比原線圈導(dǎo)線細(xì)一些。降壓變壓器，I2>I1，所以副線圈導(dǎo)線要比原線圈導(dǎo)線粗一些。課后請大家閱讀教材47頁“科學(xué)閑逛”，了解互感器的工作原理和應(yīng)用。3．小結(jié)：本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容：（1）變壓器主要由鐵芯和線圈組成。（2）變壓器可轉(zhuǎn)變交變電的電壓和電流，利用了原副線圈的互感現(xiàn)象。（3）抱負(fù)變壓器：沒有能量損失的變壓器，是抱負(fù)化模型。有P輸出=P輸入4．實(shí)例探究抱負(fù)變壓器基本規(guī)律（1）一個正常工作的抱負(fù)變壓器的原副線圈中，下列的哪個物理量不愿定相等（）A．溝通的頻率B．電流的有效值C．電功率D．磁通量變化率抱負(fù)變壓器的綜合應(yīng)用（2）如圖所示為一抱負(fù)變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流，則（）A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大B．保持U1及P的位置不變，K由b合到a時，R消耗功率減小C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大六．學(xué)問總結(jié)與遷移：1．學(xué)問：（1）變壓器的構(gòu)造____________________和工作原理______________________________．（2）抱負(fù)變壓器的電壓與線圈的匝數(shù)關(guān)系是______________．抱負(fù)變壓器的電流與線圈的匝數(shù)關(guān)數(shù)關(guān)系是_________________．功率關(guān)系是．2．課堂練習(xí)：（1）一個抱負(fù)變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2，正常工作時輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1和U2、I1和I2、P1和P2．已知n1＞n2，則：（）A．U1＞U2，P1＝P2B．P1＝P2，I1＜I2C．I1＜I2，U1＞U2D．P1＞P2，I1＞I（2）一個抱負(fù)變壓器，當(dāng)副線圈所接的電阻R變小時，下列說法中正確的是：（）A．流過電阻R的電流不變B．電阻R兩端的電壓不變C．流過原線圈的電流不變D．原線圈輸出的電功率不變（3）有一臺抱負(fù)變壓器，原線圈匝數(shù)為，副線圈匝數(shù)為，當(dāng)時，是_______變壓器；當(dāng)時，是____________變壓器。若副線圈輸出功率為時，原線圈輸入功率為，則__________；若，當(dāng)原線圈加上220V直流電壓時，副線圈上的電壓是___________。（4）變壓器原線圈是1100匝，接在220V溝通電源上，假如將10個標(biāo)有“36V60W”的白熾燈泡并聯(lián)接到副線圈上，要使燈泡正常發(fā)光，副線圈需要________匝，此時通過原線圈的電流強(qiáng)度是________A，變壓器的輸入功率是_______W。（5）對于抱負(fù)變壓器，下列說法中正確的是（）A．原線圈的輸入功率，隨著副線圈的輸出功率增大而增大B．原線圈的輸入電流，隨著副線圈的輸出電流增大而增大C．原線圈的電壓，不隨副線圈的輸出電流變化而變化D．當(dāng)副線圈的電流為零時，原線圈的電壓也為零（6）一個正常工作的抱負(fù)變壓器的原副線圈中，下列的哪個物理量不愿定相等（）A．溝通的頻率B．電流的有效值C．電功率D．磁通量的變化率（7）如圖所示，抱負(fù)變壓器的原線圈匝數(shù)匝，副線圈匝數(shù)匝，溝通電源的電動勢，電阻，電流表和電壓表對電路影響可忽視不計A．的示數(shù)約為B．的示數(shù)約為C．的示數(shù)約為D．的示數(shù)約為七．作業(yè)：1．如圖中變壓器原線圈接溝通高壓，降壓后通過輸電線給用電器供電，當(dāng)電鍵S斷開時圖中兩電表示數(shù)電壓U和電流I變化為（）A．均變大B．U變大，I變小C．均變小D．U變小，I變大2．一個理解的變壓器原線圈接入電壓，若原、副線圈的匝數(shù)分別是1210匝和1650匝，下列哪個推斷是錯誤的（）A．副線圈輸出電壓的頻率是100HzB．用電壓表量得副線圈兩端的電壓是600VC．副線圈兩端的電壓的峰值是848VD．副線圈的輸出功率與原線圈的輸入功率是相同的3．一個抱負(fù)變壓器，正常工作時，在原、副線圈上，下列物理量中確定相等的是（）A．溝通的頻率B．電流的有效值C．電功率D．磁通量的變化率4．一抱負(fù)變壓器原線圈為1320匝，副線圈60匝，在副線圈上接上一個的電阻，通過它的電流強(qiáng)度為1A，則原線圈的電壓為V，輸入功率是W，若將副線圈匝數(shù)加倍，則原線圈中電流將變?yōu)锳5．一抱負(fù)變壓器，原副線圈的匝數(shù)比n1：n2=1：2，電源電壓，原線圈電路中接人一熔斷電流I0=1A的保險絲，副線圈中接人一可變電阻R，如圖所示，為了使保險絲不致熔斷，調(diào)整R時，其阻值最低不能小于（）A．440ΩB．440ΩC．880ΩD．80Ω6．如圖所示為一抱負(fù)變壓器工作電路圖，今欲使變壓器的輸入功率增大到原來的2倍，在其他條件不變的狀況下，可行的方法是（）A．原線圈的匝數(shù)n1增加到原來的2倍B．副線圈的匝數(shù)n2增加到原來的2倍C．負(fù)載電阻的阻值R變?yōu)樵瓉淼?倍 D．n2和R都變?yōu)樵瓉淼?倍ab7．如圖所示為兩個互感器，在圖中圓圈內(nèi)a、b表示電表，已知電壓比為100，電流比為10，電壓表的示數(shù)為220V，電流表的示數(shù)為10A，則abA．a(chǎn)為電流表，b為電壓表B．a(chǎn)為電壓表，b為電流表C．路輸送電功率是2200WD．線路輸送電功率是2.2×106W8．如圖所示，抱負(fù)變壓器原副線圈匝數(shù)比n1∶n2=4∶1，當(dāng)導(dǎo)體棒向右勻速切割磁感線時，電流表A1的讀數(shù)是12mA,則副線圈中電流表A2的讀數(shù)應(yīng)當(dāng)為()A．3mA B．48mA C．0 D．與R阻值有關(guān)9．抱負(fù)變壓器的原線圈的匝數(shù)為110匝，副線圈匝數(shù)為660匝，若原線圈接在6V的電池上，則副線圈兩端電壓為（）A．36VB．6VC．1VD．0V10．當(dāng)抱負(fù)變壓器副線圈空載時，副線圈的（）A．負(fù)載電阻為0 B．輸出電流為0 C．兩端電壓為0D．輸出功率為011．抱負(fù)變壓器原、副線圈的電流為I1、I2，電壓為U1、U2，功率為P1、P2，關(guān)于它們的關(guān)系，正確的是（）A．I2由I1打算 B．U2與負(fù)載有關(guān) C．P1由P2打算D．U1由U2打算12．一抱負(fù)變壓器原線圈接溝通、副線圈接電阻，下列哪些方法可使輸入功率增加為原來的2倍A．次級線圈的匝數(shù)增加為原來的2倍B．初級線圈的匝數(shù)增加為原來的2倍C．負(fù)載電阻變?yōu)樵瓉淼?倍D．副線圈匝數(shù)和負(fù)載