4.2 变压器 （第1课时） 教案+学案 -2021-2022学年高二上学期物理鲁科版选修3-2

变压器(第1课时) 学科素养目标: 物理观念:1.知道变压器的构造及几种常见的变压器; 2.理解变压器的工作原理; 3.理解并熟练应用理想变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系,电流与匝数的关系。 科学思维:1.通过探究理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系,电流与匝数的关系,培养学生科学推理、科学论证等思维能力。 2.通过将实际变压器抽象出理想变压器的过程,让学生了解理想化模型在物理学研究中的重要性。 科学探究:探究理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系,电流与匝数的关系。 科学态度与责任:通过让学生经历猜想、实验探究、分析、改进再进行理论严密推导的过程,培养学生实事求是的科学观和严谨的科学态度。 教学重点:变压器的工作原理;通过实验探究得到变压器原副线圈电压和匝数的关系。 教学难点:理解理想变压器中能量关系,应用原、副线圈中电压、电流与匝数的关系解决实际问题。 教学方法:预学检测 实验探究法 讲练结合 教学过程: 一.创设情境 引入新课 (课件打出一组数据) 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 手机充电器 4.4V、6V 黑白电视机显像管 几万伏 录音机 6V 彩色电视机显像管 十几万伏 提问:在我们使用的各种用电器中,所需的电源电压可能各不相同,如何使这些额定电压不是220V的用电器正常工作呢? (课件出示已拆录音机,指出变压器) 这就靠我们这节将要学习的变压器来实现升压、降压,从而使我们各类用电器在供电电压220V都能正常工作。 二.预学检测 1.变压器由哪几部分组成? 2.理想变压器在正常工作时,原、副线圈中一定相同的物理量是( ABC ) A.每匝线圈中磁通量的变化率 B.交变电流的频率 C.原线圈的输入功率和副线圈的输出功率 D.原线圈的感应电动势和副线圈的感应电动势 3.变压器能在直流电路中使用吗? 三.新课教学 1.变压器的结构 (学生预习阅读课本68页内容,教师出示可拆式变压器,引导学生观察其结构) (1)变压器是由套在闭合铁芯上的原、副两线圈组成:跟电源连接的线圈叫原线圈,也叫初级线圈,跟负载连接的线圈叫副圈,也叫次级线圈,两线圈由绝缘导线绕制,铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成. (2)变压器的示意图和在电路中的符号分别如图所示: 2、变压器的工作原理 (引导学生阅读课本69内容,教师结合电磁感应知识解释变压器的工作原理) (1)工作原理:互感现象。 互感现象是变压器工作的基础。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流。变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了: 电能 → 磁场能 → 电能 (2)变压器只能工作在交流电路. (3)理想变压器: 不计漏磁,略去原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器,称为理想变压器。理想变压器是一种理想化模型。实际变压器(特别是大型变压器)一般都可以看成是理想变压器。 3. 科学探究——理想变压器电压与匝数的关系 [实验探究]:探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 实验器材:可拆变压器,学生电源,多用电表,导线若干 实验方法:控制变量法 请学生说出如何控制变量,教师选择其中一种进行演示实验。 原线圈匝数n1 原线圈两端电压U1 副线圈匝数n2 副线圈两端电压U2 实验结论:原线圈匝数n1和电压U1不变时,副线圈匝数n2越多,U2越大。 [理论推导]:在忽略能量损失的条件下,如无漏磁,通过原线圈、副线圈的磁通量及变化量都相等,即, 原、副线圈产生的感应电动势分别为 若原、副线圈的电阻忽略不计,原、副线圈两端电压与电动势的关系分别为 由此可得,原、副线圈的电压与匝数的关系为 实验和理论分析都表明:理想变压器原、副线圈的电压跟它们的匝数成正比。 当n2 >n1时,U2>U1——升压变压器 当n2 <n1时,U2 <U1——降压变压器 理想变压器输入功率必然等于输出功率。即P入=P出。 根据P入=U1I1 ,P出=U2I2及P入=P出得:U1I1=U2I2 则: 理想变压器工作时,通过原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比。 【注意】(1)变压器的电动势关系、电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立,而电流关系只适用于有一个副线圈的变压器,若为多个副线圈的变压器,电流和匝数的关系要从功率关系(输入功率等于总的输出功率)导出: ① ② ∵ U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn ∴ n1I1=n2I2+n3I3+…+nnIn (2)变压器的电动势关系,电压关系,电流关系是有效值(或最大值)间的关系,在某一时刻其关系不成立. (3)变压器虽能改变电压、电流,但不能改变功率和频率,输入功率总等于输