3.3 变压器 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦变压器的结构、互感原理、电压与匝数规律及互感器应用，通过大型工业变压器实景图导入，结合远距离输电与家用供电场景提出变压需求，衔接互感、交变电流等前置知识，搭建从理论到工程应用的学习支架。 此资料以核心素养为导向，通过分组定量实验（科学探究）推导电压匝数规律，图解对比分析（科学思维）区分电压/电流互感器接线与属性，结合国家电网实例（科学态度与责任）强化安全规范。实践活动提升动手能力，助力教师高效教学，学生深化理解并建立知识体系。

教学设计 课程名称 变压器 选用教材 高中物理教科版选修二 教学章节 第三章第三节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是交变电流章节的实用工程应用课时，依托互感现象建立变压器完整知识体系，承接互感、交变电流有效值等前置知识，整体分为四层递进内容。第一板块依托大型工业变压器实物图，结合远距离输电、家用供电场景提出升降电压的现实需求，介绍变压器由闭合铁芯、两组独立线圈构成的基础结构，点明工作核心原理为互感现象，仅能对交变电压实现变压，恒定直流无法驱动变压器；第二板块借助可拆变压器实物与接线原理图，通过分组改变原副线圈匝数、测量对应输出电压的探究实验，归纳原副线圈电压与匝数成正比的核心变压规律，区分升压、降压变压器的匝数配比特征，介绍理想变压器无能量损耗的简化模型；第三板块利用电压互感器原理图，说明其属于降压变压器，并联接入高压线路，将高压转为低压供给电压表安全测量；第四板块依靠电流互感器原理图，讲解其属于升压变压器，串联接入输电线路，同时明确副线圈严禁开路、必须接地的安全操作规范，最后布置自制简易变压器实践活动，引导学生动手验证匝数与电压的对应关系。整体搭建 “工业变压器实景图提出变压现实需求→可拆变压器分组实验推导匝数电压规律→电压互感器原理图拓展高压测量应用→电流互感器原理图学习安全测量规范” 完整探究链条，打通电磁互感理论与电力工业设备的关联，为下一节远距离输电损耗计算做好铺垫。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经熟练掌握互感现象、交变电流、有效值相关知识，清楚变化磁场会在线圈中产生感应电动势；能够区分恒定电流与交变电流，但不理解恒定直流通入变压器线圈无法产生互感、不能改变电压；不清楚铁芯闭合回路对增强互感效果的作用；无法区分电压互感器、电流互感器的接线方式、功能差异，容易混淆二者升压、降压属性；对电力高压测量的安全规范没有概念。 2. 能力基础 学生具备基础线圈互感静态分析能力，但通过分组定量实验归纳匝数、电压比例关系的实验数据处理、归纳推理能力薄弱；区分升压、降压变压器匝数配比的辨析应用能力不足；结合互感器原理图分析高压测量设备接线逻辑、安全隐患的综合分析能力偏弱。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：恒定直流接入变压器也能改变输出电压；变压器铁芯仅起到固定线圈的作用，不参与磁场传导；升压变压器副线圈匝数更少；电压互感器串联接入输电线路；电流互感器副线圈开路不会产生危险高压。 三、教学目标 1. 物理观念 建立分层完整变压器观念：变压器由闭合铁芯、原线圈、副线圈组成，依靠互感现象工作，仅交变电流可以驱动变压器；理想变压器忽略能量损耗，原副线圈电压大小与线圈匝数成正比，匝数更多的一侧电压数值更大；副线圈匝数多于原线圈为升压变压器，反之则为降压变压器；电压互感器是降压变压器，并联在高压线路实现高压测量；电流互感器是升压变压器，串联在输电线路，使用时副线圈必须接地、严禁开路，防止高压伤人；远距离输电、家用设备供电依靠各类变压器完成电压适配。 2. 科学思维 依托大型工业变压器实物图建立生活电力工程场景建模思维；借助可拆变压器实物与接线原理图建立定量实验数据归纳、比例规律推导的实验思维；利用电压互感器原理图建立并联降压、高压转化测量的演绎思维；依靠电流互感器原理图建立串联升压、安全操作规范的辩证思维，四层思维同步开展训练。 3. 科学探究 观察大型工业变压器实物图，结合输电场景说出变压器升降电压的现实作用；看懂可拆变压器实物与接线原理图，分组更换不同匝数接线柱，测量原副线圈电压，归纳电压与匝数的比例规律；解读电压互感器原理图，理清并联高压线路、降压后接电压表的完整测量流程；分析电流互感器原理图，梳理串联线路测量电流的方法，牢记副线圈接地、禁止开路的安全要求；完整经历 “工业变压器实景图提出变压需求→可拆变压器分组定量实验推导匝数电压规律→电压互感器原理图拓展高压电压测量应用→电流互感器原理图学习高压电流测量安全规范” 标准化变压器探究流程。 4. 科学态度与责任 我国电网依靠千万台各类变压器实现远距离输电与城乡居民用电适配，变压器是电力系统核心装备，电磁物理理论支撑国家电网基础设施建设；高压输电测量存在触电风险，电压、电流互感器配套严格安全操作规范，副线圈接地、禁止开路等规则保障电力工作人员人身安全，培养安全规范操作电气设备的责任意识；分组实验更换线圈匝数、测量电压时需要规范接线、低压操作，养成严谨细致、遵守实验安全准则的探究习惯；自制简易变压器实践活动鼓励动手探究物理规律，体会理论结合手工实践的科学探究乐趣；电力系统升压、降压分级输送电能，提升能源输送效率，助力绿色低碳能源传输，树立节约能源、发展电力基础设施的发展观念。 四、教学重难点 重点 变压器结构、互感工作原理；理想变压器电压与匝数的比例规律 升压、降压变压器区分；电压互感器、电流互感器基础功能 难点 理解恒定直流无法让变压器实现变压，只有交变电流才能产生互感 区分电压互感器并联、电流互感器串联的接线方式，牢记电流互感器副线圈安全操作规范 五、教学方法 实景情境导入法：大型工业变压器实物图，结合远距离输电、家用用电场景提出变压需求； 分组定量实验探究法：可拆变压器实物与接线原理图，分组更换匝数、测量电压归纳比例规律； 图解对比分析法：电压互感器、电流互感器两张原理图对比，区分并联 / 串联、升压 / 降压差异； 安全规范辨析抢答法：出示变压器、互感器操作易错判断题，纠正认知偏差。 六、教学资源 教科版高中物理选择性必修第二册课本；大型工业变压器实物图、可拆变压器实物与接线原理图、电压互感器原理图、电流互感器原理图；学生低压交流电源、可拆变压器、交流电压表、导线；分层计算题；国家电网变压器、高压互感器安全操作科普图文素材。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 大型工业变压器实物图情境导入，认识变压器结构与工作原理（7 分钟） · 投影大型工业变压器实物图 · 展示户外电网大型输电变压器，同步讲述远距离发电站输出电压极高，输送到城镇、家庭又需要低压 220V 供电，引出升降电压的现实需求，点明变压器是完成电压转换的核心设备。 · 分层梳理变压器基础结构与工作原理：完整变压器包含闭合铁芯、两组相互独立的线圈，接入交流电源的一侧为原线圈，向外输出电压的一侧为副线圈；原线圈通入交变电流，会在铁芯内部激发交变磁场，交变磁场同时穿过副线圈，依靠互感现象在副线圈产生感应电动势，从而输出新的交变电压；补充说明如果通入恒定直流，铁芯内部磁场不会发生变化，副线圈无感应电动势，变压器无法改变直流电压。 · 抛出同桌交流任务两分钟：将干电池恒定直流接入变压器原线圈，副线圈能否测出电压，说出猜想，教师巡回倾听各组发言，收集学生不同观点。 · 临时铺垫：下一张可拆变压器实物与接线原理图，通过分组定量实验探究线圈匝数和输出电压之间的对应规律。 · 随机点名多名学生，口头复述变压器结构、互感工作核心条件，梳理后过渡分组实验探究环节。 · 认真观察大型工业变压器实物图，联系生活中小区配电房、郊外输电塔旁的变压器实景，建立变压器和电力输送的关联。 · 完整记录变压器结构、工作原理，圈画 “交变电流、互感、闭合铁芯” 核心关键词，记下恒定直流不能驱动变压器变压。 · 和身旁同桌相互交流干电池直流供电思辨问题，分工说出直流磁场恒定，副线圈不会产生感应电压。 · 结合生活场景举例，小区配电房变压器把高压电网电压降低为家用 220V 交流电。 · 带着 “线圈匝数多少如何改变输出电压大小” 的疑问进入可拆变压器分组实验环节。 环节二 可拆变压器实物与接线原理图分组实验，推导电压与匝数比例规律（15 分钟） · 投影可拆变压器实物与接线原理图 · 清晰标注原线圈多组抽头对应匝数、副线圈三组匝数接线柱，同步讲解实验安全要求，全程仅使用 10 至 16V 低压学生交流电源，禁止接入家用 220V 市电。 · 分层布置分组完整实验流程：第一步将交流电源接在原线圈 1、4 接线柱，对应 1400 匝线圈，用交流电压表分别测量副线圈 1’2’、2’3’、1’3’三组接线柱输出电压；第二步更换原线圈接线柱，选用 200 匝、800 匝匝数档位，重复测量副线圈各组电压；第三步记录每一组原线圈匝数、输入电压、副线圈匝数、输出电压的实验数据，对比数据归纳数值关系。 · 布置四人小组数据讨论任务三分钟：对比各组记录的匝数、电压数据，找出原副线圈电压和线圈匝数存在什么样的对应关系，小组内整理发言思路。 · 汇总全班各组实验数据，统一提炼理想变压器核心规律：原线圈电压和副线圈电压的比值，等于原线圈匝数和副线圈匝数的比值；副线圈匝数多于原线圈，输出电压更高，为升压变压器；副线圈匝数少于原线圈，输出电压更低，为降压变压器；理想变压器忽略线圈发热、铁芯漏磁带来的能量损耗，输入电能和输出电能数值相等。 · 出示全班辨析思考题：直流电源接入变压器可升压、升压变压器副线圈匝数更少，判断对错，点名学生作答并完整说明理由。 · 认真观察可拆变压器实物与接线原理图，分清左右两侧原、副线圈各接线柱对应的匝数数值，牢记低压交流电源安全操作要求。 · 以四人小组为单位，分工完成接线、电源调节、电压测量、数据记录四项操作，依次更换三组原线圈匝数档位，完整记录六组以上实验数据。 · 四人小组围绕匝数电压对应关系思辨问题交流，对比表格内数字，统一得出电压大小和线圈匝数成正比的结论，小组代表举手分享讨论结果与实验数据支撑。 · 独立判断辨析题对错，完整说出纠正理由，规避两类基础认知误区，区分升压、降压变压器的匝数特征。 · 跟随教师同步梳理理想变压器能量特点，明白理想状态下电能不会在变压器内部损耗。 环节三 电压互感器原理图拓展，认识降压型高压测量设备（10 分钟） 投影电压互感器原理图 标注高压输电线路并联接入原线圈、副线圈连接交流电压表的完整接线结构，讲解电压互感器本质是降压变压器。 分层分步拆解测量工作流程：高压线路电压数值极高，无法直接用普通电压表测量；电压互感器原线圈匝数更多，并联在高压线路上，按照匝数比例将高压降低为安全低压，副线圈连接普通电压表；读取电压表数值后，结合铭牌标注的匝数比值，反向换算出输电线路实际高压数值；设备外壳、副线圈线路接地，防止漏电触电。 抛出同桌交流任务两分钟：为什么电压互感器要采用并联的方式接入输电线路，结合并联电路电压相等的特点分析。 过渡铺垫：下一张电流互感器原理图，学习串联接入线路、用于测量大电流的升压型互感器，重点区分安全操作红线。 认真观察电压互感器原理图，看懂原线圈并联高压线路、副线圈接电压表的结构，分清原副线圈匝数多少、降压工作逻辑。 完整抄写电压互感器核心特点：降压变压器、并联接入高压线路，用于间接测量高压交流电。 和身旁同桌相互交流并联接线思辨问题，分工说出并联能让原线圈两端电压和输电线路电压完全相等，准确完成电压等比例缩小。 结合理想变压器匝数电压规律，口头描述已知匝数比、电压表读数，计算线路实际高压的完整步骤。 区分电压互感器和课堂可拆降压变压器的相同工作原理，建立知识迁移逻辑。 环节四 电流互感器原理图辨析，掌握升压型测流设备与安全规范（10 分钟） · 投影电流互感器原理图 · 标注输电导线穿过铁芯、原线圈串联在线路中、副线圈接交流电流表的结构，说明电流互感器本质是升压变压器。 · 分层讲解功能与硬性安全规范：输电线路电流数值很大，普通电流表无法直接承载，电流互感器原线圈匝数极少，串联在线路中，依据匝数比例把大电流转化为小电流供给电流表测量；同时重点强调两条不可违反的安全规则，第一，副线圈线路必须可靠接地，防止漏电高压伤人；第二，副线圈回路绝对不能开路，一旦断开，副线圈会感应出极高电压，击穿设备、引发触电危险。 · 出示四道分层辨析判断题：电压互感器串联线路、电流互感器副线圈可以开路、升压变压器原线圈匝数更多、直流可通过变压器升压，全班集体举手判断对错，逐题纠正误区。 · 完整梳理本节课逻辑链：工业变压器实景图提出升降电压现实需求→可拆变压器分组实验推导匝数电压比例规律、区分升降压变压器→电压互感器原理图学习并联降压测高压→电流互感器原理图学习串联升压测大电流、牢记安全操作规范。 · 布置课后自制简易变压器实践活动，利用绝缘导线、铁芯材料绕制两组线圈，通入低压交流电源，测量验证匝数和电压的比例关系。 · 认真观察电流互感器原理图，看懂原线圈串联输电线路、副线圈接电流表的结构，记住串联测电流、升压的核心特征。 · 完整抄写电流互感器两条核心安全规范，重点标记副线圈严禁开路、必须接地两条红线。 · 集体判断四道辨析题对错，针对每一道错题完整说明纠正依据，规避四类顽固认知误区。 · 和身旁同桌相互对比电压互感器、电流互感器的接线方式、升压降压属性，整理两者区分要点。 · 整合工业变压器、可拆实验、两类互感器全部知识点，形成变压器完整知识框架。 环节五 习题巩固 + 课堂总结（3 分钟） · 出示四道分层思考题：变压器工作原理填空、升压降压匝数判断、电压互感器接线方式辨析、电流互感器安全规范问答。 · 带领学生复盘四张配图对应的核心内容：大型工业变压器实物图引入变压现实需求、可拆变压器实物与接线原理图通过分组实验推导匝数电压比例规律、电压互感器原理图讲解并联降压高压测量设备、电流互感器原理图学习串联升压测流设备与安全操作要求。 · 集中纠正四类典型认知误区：直流可驱动变压器变压、升压变压器原线圈匝数多、电压互感器串联线路、电流互感器副线圈允许开路。 · 布置课后分层作业：基础题抄写变压器结构、理想变压器电压匝数规律；提升题完成升降压变压器、两类互感器辨析计算题；实践作业自制简易变压器并记录测量数据。 · 独立完成四道分层思考题，动笔书写完整判断、分析依据，自行对照梳理错题，标记混淆知识点。 · 跟随教师复盘本节课完整变压器探究主线，理清四张配图对应的四大核心知识板块。 · 记录四类典型认知误区，在课本对应位置标注提醒自己规避。 · 完整记录课后三层作业，区分概念识记、定量计算、动手实践三类任务。 环节六 课堂收尾 · 回扣开篇大型工业变压器实物图进行收尾总结：本节课我们通过电网实景变压器了解升降电压的现实意义，借助可拆变压器分组定量实验推导出理想变压器电压与匝数的正比规律，依靠电压互感器原理图掌握高压电压间接测量方法，利用电流互感器原理图学习大电流测量设备与严格安全操作规范，所有变压器均依靠互感现象工作，仅能处理交变电流，下一节学习远距离输电的电压损耗与升压输电节能原理。 · 完整回顾本节课全部核心内容：变压器结构与互感原理、理想变压器匝数电压规律、升降压变压器区分、电压 / 电流互感器功能与安全规范，清晰记住四张配图对应的完整探究主线，做好下一节远距离输电预习铺垫。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托大型工业变压器实物图、可拆变压器实物与接线原理图、电压互感器原理图、电流互感器原理图四组教材素材，沿着工程实景引入、分组实验探究、电力测量设备拓展、安全规范学习的完整脉络落实多维育人目标。第一，全国完整电力输配网络依靠海量升压、降压变压器、互感器设备支撑，从大型输电主变到小区配电变压器、电网测量互感器，成套电磁设备保障城乡稳定供电，基础物理电磁知识是国家电力基础设施建设的核心根基，引导学生学好物理助力能源电网产业发展；第二，电流互感器副线圈严禁开路、必须接地的硬性安全规范，是无数电力作业安全事故总结出的准则，高压电气操作必须严守规范、敬畏用电风险，培养严谨规范、重视生命安全的责任意识；第三，分组可拆变压器实验全程限定低压交流电源，严格禁止接入市电，实验操作设置清晰安全红线，让学生从小养成遵守实验安全准则、规范操作电学器材的探究习惯；第四，远距离输电采用升压变压器抬高输送电压，大幅降低线路电能损耗，提升能源利用效率，契合我国绿色低碳、节约能源的发展战略，树立节能环保的发展观念；第五，变压器统一遵循互感、电压匝数比例的底层物理规律，无论大型工业设备还是课堂小型实验器材、精密测量互感器，物理规律统一通用，感受物理学科内在和谐统一的逻辑美感；第六，课后自制简易变压器实践活动鼓励学生动手实操验证理论，培养勤于动手、求真务实、自主探究的科学精神。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课四类图像、分组定量实验直观易懂，四人小组数据测量、同桌对比辨析交流参与积极性较高，但课堂存在四类顽固认知误区，学生变压器直流变压条件、升降压匝数配比、两类互感器接线方式、电流互感器安全规范的理解存在明显薄弱点：第一，大量学生误认为恒定直流通入变压器原线圈也能改变输出电压，不理解直流磁场无变化、无法产生互感；第二，混淆升压、降压变压器匝数关系，误以为升压变压器原线圈匝数更多；第三，分不清电压互感器并联、电流互感器串联的接线逻辑，容易颠倒两种互感器接入线路的方式；第四，忽视电流互感器副线圈开路的巨大安全隐患，认为断开线路不会产生高压危险；同时部分学生自主整理实验数据、归纳电压匝数比例规律的数据推理能力偏弱，无法结合测量数值自主提炼正比关系。 2. 修改措施 第一，课前印发预习填空单，标注四大核心易错点：仅交变电流可驱动变压器、升压变压器副线圈匝数多、电压互感器并联线路、电流互感器副线圈严禁开路； 第二，课堂增加四轮抢答互动练习：变压器工作条件辨析、升降压匝数判断、互感器接线区分、电流互感器安全规范问答，快速纠正基础认知误区； 第三，延长四人小组实验数据记录、对比归纳讨论时长，帮扶数据推理薄弱学生整理多组测量数值，自主总结电压匝数正比规律； 第四，课后配套分层作业，基础层抄写变压器结构、理想变压器核心规律、互感器区分要点；提升题完成升降压、互感器相关定量辨析计算题；拓展作业完成自制简易变压器并整理测量实验报告； 第五，下一节课课前两分钟快速复盘变压器互感条件、两类互感器接线与安全规范两大核心知识点，顺畅衔接远距离输电新知识。 学科网（北京）股份有限公司 $