3.3变压器 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

3. 3变压器教学设计

教材分析

变压器原理是电磁感应现象的重要应用，在高中物理电磁学中承前启后，既巩固了法拉第电磁感应定律，又为后续交流电学习奠定基础。核心概念包括互感现象、电压与匝数比关系，涉及能量观与相互作用观。教材通过可拆变压器实验探究电压与匝数的定量关系，采用"猜想-验证-分析"的科学探究路径，结合实物图示和电路图增强直观性。学习难点在于理解理想变压器的能量转化过程，学生易混淆实际变压器与理想模型的区别，对铁芯作用、能量损耗机制理解不足。实验数据分析时需注意控制变量，区分原副线圈匝数变化对电压的影响规律。教材通过生活实例展示变压器的广泛应用，帮助学生建立物理与技术的联系，但需强调安全用电规范，特别是高压实验的操作注意事项。

学情分析

学生已掌握电磁感应、交流电及线圈作用等基础知识，具备一定的实验操作和数据分析能力。高中阶段学生对抽象概念理解能力增强，但仍需直观实验和生活实例辅助理解。本节重点为变压器的工作原理及电压与匝数的关系，难点在于理解互感现象和理想变压器模型的建立，要求学生具备较强的逻辑推理和归纳总结能力。

教学目标

物理观念：

能够解释变压器的工作原理，理解互感现象在能量传递中的作用，认识理想变压器的电压与匝数关系。

科学思维：

会运用电磁感应定律分析变压器工作过程，能够通过实验数据推导出电压与匝数的定量关系。

科学探究：

能够设计实验方案探究变压器电压与匝数的关系，会正确使用可拆变压器进行变量控制实验。

科学态度与责任：

认识变压器在电力传输中的重要作用，具有安全用电意识，了解交流电应用对社会发展的意义。

重点难点

教学重点：

通过实验探究，理解变压器原、副线圈电压与匝数的关系

通过理想化模型，掌握理想变压器电压比等于匝数比的规律

教学难点：

理解互感现象中能量通过变化磁场传递的抽象过程

认识实际变压器与理想变压器的差异及其对电压关系的影响

课堂导入

同学们，你们有没有注意到家里的手机充电器上写着"输入：220V，输出：5V"？这个小小的方盒子是如何把墙上的高压电变成适合手机的低压电的呢？更神奇的是，那些给笔记本电脑充电的电源适配器，虽然体积比手机充电器大很多，却能把同样的220V电压变成不同的输出电压。为什么这些电器需要不同的电压？它们内部到底藏着什么秘密装置，能够如此精确地控制电压的大小？

变压器的原理

探究新知

创设情景

家用电器如手机充电器、笔记本电源适配器等在工作时，通常需要将220V的交流电转换为较低电压供电。这些设备内部都装有小型变压器，能够实现电压的降低。这种电压的变换并未使用电池或直接导线连接，却依然能为电器提供所需电能。

问题探讨

问题：

问题1： 为什么原线圈接通交流电后，副线圈即使没有导线连接也能产生电流？
问题2： 原线圈中的电流变化如何影响铁芯中的磁场？

问题3： 变化的磁场在副线圈中产生了什么物理效应？
问题4： 这种不通过导线传递能量的方式，其本质是什么现象？

探讨：

问题1： 原线圈通有交流电时，电流大小和方向不断变化，导致其产生的磁场也随之变化。该磁场通过闭合铁芯传导至副线圈所在区域，使副线圈处于变化的磁场中，从而在其内部产生感应电动势，驱动电荷定向移动形成电流。
问题2： 根据电流的磁效应，通电线圈会在铁芯中激发磁场。由于交流电的周期性变化，磁场的强弱和方向也随时间不断改变，形成动态的磁环境。
问题3： 变化的磁场穿过副线圈的匝数，根据电磁感应规律，会在副线圈中产生感应电动势。若副线圈构成闭合回路，则会有感应电流输出。
问题4： 两个线圈之间通过变化的磁场传递能量，这种现象称为互感现象，是变压器工作的物理基础。

归纳总结

1. 变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。
2. 与交流电源连接的线圈称为原线圈，与负载连接的线圈称为副线圈。
3. 互感现象是变压器工作的基础。
4. 原线圈中变化的电流在铁芯中产生变化的磁场，该磁场在副线圈中产生感应电动势，从而实现能量传递。

概念深化

问题

若将直流电源接入原线圈，副线圈能否持续输出电流？请结合互感原理说明原因。

答案

不能。直流电源接入原线圈后，电流大小和方向恒定，铁芯中的磁场不随时间变化，因此副线圈所处的磁场是稳定的。根据电磁感应定律，只有变化的磁通量才能在闭合线圈中产生感应电动势。由于磁场不变，副线圈中磁通量无变化，无法产生感应电动势，故不能输出电流。这说明变压器仅适用于交流电路，依赖持续变化的电流实现能量传递。

探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系

探究新知