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

该高中物理教学设计聚焦变压器的构造、互感工作原理及理想模型公式，通过生活中发电厂、工厂、家庭的电压差异情境导入，展示实物并拆解教具，结合互感现象衔接电磁感应和交变电流知识，搭建认知支架。 以科学探究为核心，通过分组实验采集匝数与电压数据归纳规律，联立法拉第定律和功率守恒推导公式培养科学思维，结合电力系统实例渗透科学态度与责任，分层作业和误区纠正助力学生掌握，为教师提供清晰教学路径。

教学设计 课程名称 变压器 选用教材 高中物理粤教版选修二 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 本节建立在互感、法拉第电磁感应定律、交变电流基础之上，围绕电力系统核心设备变压器分层展开教学。开篇结合发电、工厂、家庭用电电压差异引出变压器实用价值，展示变电站、街头、实验室三类实物；接着拆解变压器构造，闭合叠片铁芯、原副线圈，区分输入侧原线圈与输出侧副线圈，给出电路符号；通过可拆变压器分组实验采集多组匝数、电压数据，归纳电压与匝数正比规律；依托无漏磁理想模型，联立法拉第电磁感应定律完成电压匝数公式推导，定义理想变压器，区分升压、降压变压器；再从能量守恒切入，理想变压器输入输出功率相等，结合电压公式推导出电流匝数反比关系；最后说明实际变压器线圈电阻、铁芯涡流带来能量损耗，大型变压器效率极高，配套无线充电实例完成知识落地。本节课打通交变电压升降的工程应用逻辑，是远距离输电章节的前置核心基础。 二、学情分析 1. 知识储备 学生熟练掌握互感现象、法拉第电磁感应定律、交变电流有效值、功率公式；能够看懂变压器原理图、实验电路原理图；清楚变化磁场能在线圈产生感应电动势，但不理解铁芯集中磁场、减小漏磁的作用，无法自主通过互感解释副线圈电压来源，缺少工程设备理想化建模思维，容易混淆原副线圈电压、电流随匝数变化的正反比例关系。 2. 能力现状 学生能独立完成简单线圈互感演示实验，会读取交流电压表示数、记录多组实验数据；能单一运用法拉第定律推导单线圈电动势，但联立原副线圈双回路推导电压匝数关系时数理逻辑断裂；区分升压、降压变压器判断能力薄弱；结合功率联立推导电流匝数公式的综合计算能力不足，不能结合生活场景解释变压器的升降压用途。 3. 思维认知痛点 学生存在多处直观思维误区：认为变压器可以改变恒定直流电压；误以为副线圈匝数越多电压越低；混淆电压正比、电流反比两套匝数规律；忽略铁芯作用，认为无铁芯线圈也能实现高效变压；把实际变压器直接等同于理想变压器，忽略线圈电阻、涡流能量损耗。 三、教学目标 1. 物理观念 学生建立变压器完整工程电磁观念：变压器依靠互感工作，仅能改变交变电流电压，无法变换直流；基础结构为绝缘叠片闭合铁芯、原线圈（接电源）、副线圈（接负载）；理想变压器无漏磁、无电阻、无涡流损耗，电压匝数满足(U1​/U2​=n1​/n2​)，匝数多一侧电压更高；功率守恒P1​=P2​，推导出电流匝数反比(I1​/I2​=n2​/n1​)；n2​>n1​为升压变压器，n2​<n1​为降压变压器；实际变压器存在发热损耗，大型设备效率可达 95% 以上。可选取五张以内教材配图：实验室可拆变压器实物图、变压器原理图、变压器实验电路原理图，厘清变压器构造、实验规律、定量公式完整逻辑。 2. 科学思维 借助铁芯双线圈互感模型、可拆变压器多组数据模型构建变压物理模型，锻炼铁芯聚磁、双线圈互感等效建模思维；对比升压、降压两类线圈匝数结构，训练匝数与电压大小对应关系辨析思维；联立法拉第电磁感应定律、功率守恒两层关系完整推导电压、电流匝数公式，区分两套正反比例规律，提升双回路电磁设备数理联立推导逻辑推理能力；单一互感认知升级，建立 “互感为原理、铁芯提升效率、理想模型定量计算、实际设备存在损耗” 闭环工程电磁思维。 3. 科学探究 分组操作可拆变压器实验，更换多组原副线圈匝数，用交流电压表采集两侧电压，归纳电压匝数正比规律；小组拆解变压器铁芯，对比有无铁芯时副线圈电压差异；联立法拉第定律推导电压匝数公式，结合功率推导电流关系；完整走完 “生活电压需求引入→变压器构造认知→分组匝数电压探究实验→理想变压器定量公式推导→实际损耗拓展区分” 探究流程，同步完成双线圈变压分组数据采集、法拉第双回路联立推导、理想与实际变压器对比三重探究能力训练。 4. 科学态度与责任 电力传输系统依靠升压、降压变压器搭建全国供电网络，科研人员通过叠片绝缘铁芯结构减小涡流损耗，设计理想模型简化工程计算，体现依托互感电磁规律改良电力设备、适配远距离输电需求的求真钻研精神；匝数电压分组实验需要多次更换线圈、精准读取交流电压数值，双回路公式推导需要分步联立法拉第定律、功率守恒多层物理关系，培养变压器探究实验平稳更换器材、精准采集多组数据、严谨多层数理联立推导、客观区分理想与实际设备损耗的科学素养；我国自主研发大型变电站升压变压器、城乡配电降压变压器、教学实验可拆变压器全部实现自主量产，全国电网依靠多级变压器完成发电高压输送、居民低压供电，广泛服务电厂、工厂、城乡居民用电，直观展现变压器电磁规律助力国内电力输配设备科技自主创新，激发学生学好变压器相关电磁规律投身国产电力变压装备研发的家国情怀；能自主说出变压器构造与互感工作原理，熟练运用电压、电流匝数两套公式计算，区分升压、降压变压器，解释实际变压器能量损耗来源，树立变压器电磁规律服务电厂发电、远距离输电、居民家用供电产业的实践责任意识。 四、教学重难点 重点 1. 变压器构造、互感工作原理，仅对交变电压实现升降压； 2. 理想变压器电压匝数正比公式(U1​/U2​=n1​/n2​)，升压、降压判断； 3. 功率守恒推导电流匝数反比公式(I1​/I2​=n2​/n1​)。 难点 1. 铁芯聚磁、减小漏磁的作用，无铁芯无法高效变压的底层逻辑； 2. 联立法拉第电磁感应定律推导原副线圈电压匝数关系； 3. 区分电压正比、电流反比两套匝数规律，综合计算不混淆。 五、教学方法 多组匝数对照实验探究法：可拆变压器更换匝数采集电压数据； 双回路联立推导讲授法：法拉第定律结合功率守恒推导两套匝数公式； 实物图像建模教学法：依托变压器实物、原理图拆解铁芯与线圈结构； 分组对比讨论法：小组辨析有无铁芯、升压降压、理想与实际变压器差异； 电力工程情境讲授法：电厂升压、城乡降压、实验室变压分层拓展实例。 六、教学资源 实验室用的可拆变压器实物图、变压器原理图、变压器实验电路原理图；可拆变压器、多组匝数线圈、闭合硅钢片铁芯、低压交流学生电源、交流电压表；分层匝数电压、电流综合计算题、升压降压情景分析题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 导入：生活电压差异，认识变压器整体构造（10 分钟）  情境导入：发电厂发电机输出 10kV 高压，工厂电机需要 380V，家庭照明 220V，不同用电设备电压需求差距极大，能够灵活改变交变电压的专用设备就是变压器。依次展示变电站、街头配电、实验室三类变压器实物图片，重点展示实验室用的可拆变压器实物图 向学生分发拆解教具，引导观察两大核心部件：叠片绝缘硅钢片组成的闭合铁芯、两组独立绝缘导线线圈。  清晰区分两类线圈定义：直接连接交流电源的线圈称为原线圈，也叫初级线圈；连接灯泡、电阻等用电负载的线圈称为副线圈，次级线圈。展示变压器原理图 标注铁芯、原线圈n1​、副线圈n2​，讲解铁芯作用：将原线圈变化磁场约束在内部，大幅减少漏磁，提升副线圈感应电动势；如果去掉铁芯，磁场大量散失，副线圈电压会急剧降低。抛出思考问题：把原线圈接入干电池恒定直流电源，副线圈能否测出电压，请结合互感现象说明理由。  汇总学生回答统一梳理：互感产生感应电动势的前提是磁场持续变化，直流电源电流恒定，原线圈磁场不变，副线圈磁通量无变化，不会产生感应电压，因此变压器只能改变交变电压，不能变换直流电压。布置同桌交流任务：闭合铁芯为什么要采用涂绝缘漆的薄硅钢片叠合而成，结合上一节涡流知识分析目的。 全程观看实验室可拆变压器实物图、内部结构原理图，亲手拆解教具区分铁芯、两组线圈，牢牢记住原线圈接电源、副线圈接负载的基础结构，完整记录铁芯聚磁、减小漏磁的核心作用。 和同桌充分交流硅钢片叠合抑制涡流损耗的原理，区分交变、直流电源接入变压器的不同效果，完整记录变压器仅适用于交流电的核心条件。 环节二 分组探究实验：原副线圈电压与匝数定量关系（16 分钟）  过渡衔接：铁芯与线圈结构明确后，线圈匝数多少直接决定输出电压大小，我们通过可拆变压器分组实验，定量探究电压与匝数的数学关系。展示变压器实验电路原理图 完整讲解实验接线方案：原线圈接低压交流电源，副线圈两端并联交流电压表，可自由更换不同匝数的原、副线圈，记录每组匝数n1、n2，同时读取U1、U2填入数据表。  组织学生分组动手实验，更换三组不同匝数搭配，记录每组四组实验数据；引导学生计算每组n1​/n2​、U1​/U2​，能发现两组比值近似相等。抛出讨论问题：实验数据比值无法完全相等，存在微小误差，请结合实际变压器结构分析误差来源。  汇总小组讨论结论梳理：误差来自铁芯漏磁、线圈自身电阻发热、铁芯涡流损耗；忽略全部损耗、无漏磁的理想化设备称为理想变压器，仅在此处完整联立一次法拉第定律推导电压匝数公式，后续仅文字叙述： 无漏磁时原副线圈每匝磁通量变化量完全相同，单匝电动势ΔΦ/Δt，原线圈总电动势E1​=n1​⋅ΔΦ/Δt，副线圈E2​=n2​⋅ΔΦ/Δt；理想变压器线圈电阻不计，端电压等于感应电动势、，联立得到电压匝数正比公式(U1​/U2​=n1​/n2​)。  区分升压、降压判定规则：副线圈匝数n2​大于原线圈n1​，U2​>U1​为升压变压器；副线圈匝数更少则为降压变压器。组织四人小组讨论：远距离输电时电厂端、城乡街头分别使用哪一类变压器，说明理由。 承接教师过渡引导，观看实验电路原理图，分组更换线圈采集多组匝数、电压数据，对比两组比值归纳正比规律；分步跟随教师完成法拉第定律联立推导，记住理想变压器电压匝数公式。 四人小组围绕实验误差、输电场景升压降压选择充分交流讨论，推选小组代表向全班完整汇报讨论结论；完整区分升压、降压变压器线圈匝数特征与工程用途。 环节三 功率守恒推导电流匝数关系，实际变压器损耗拓展（14 分钟）  过渡衔接：理想变压器无能量损耗，输入原线圈的电能全部传递至副线圈负载，输入功率等于输出功率，结合电压匝数公式推导电流变化规律。联立推导： 功率守恒P1​=P2​，功率定义P=UI，得到U1​I1​=U2​I2​；将(U1​/U2​=n1​/n2​)代入化简，得到电流匝数反比公式(I1​/I2​=n2​/n1​)。 完整解读规律：电压与匝数成正比，电流与匝数成反比；升压变压器副线圈电压升高、电流减小，适配远距离高压输电减小线路发热损耗。  拓展实际变压器能量损耗：线圈导线存在电阻，电流通过产生焦耳热；交变磁场反复磁化铁芯，铁芯涡流大量发热；两类损耗使输出功率略小于输入功率，大型电力变压器损耗极低，转换效率超过 95%，日常计算均可近似按理想变压器处理。出示两道分层课堂计算题，题目具体如下： ① 理想变压器原线圈 400 匝，接入 220V 交流，副线圈 200 匝，求副线圈输出电压； ② 上一题副线圈接纯电阻负载，输出电流 2A，计算原线圈输入电流。  完整复盘本节课三层核心主线：第一层变压器生活应用、铁芯线圈构造、互感工作原理；第二层分组匝数电压探究实验、理想变压器电压匝数正比公式、升压降压区分；第三层功率守恒推导电流匝数反比公式、实际变压器涡流与电阻损耗，全程不再重复双回路联立推导、分组实验操作细节，只用文字叙述变压器整套核心知识框架。  逐条梳理本节课典型认知误区并集体纠正：变压器可以改变直流电压；副线圈匝数越多电压越低；电压、电流均与匝数成正比；有无铁芯对变压效果无影响；实际变压器完全满足理想公式无误差。  布置分层课后作业：基础作业完整抄写电压、电流两套匝数公式，独立完成两道课堂计算题；提升作业手绘变压器原理图，标注铁芯、原副线圈、匝数符号；拓展实践任务：观察小区路边配电变压器，判断属于升压还是降压变压器，结合居民 220V 电压说明依据。 分步参与功率守恒联立推导，区分电压正比、电流反比两套不同匝数规律；独立代入两道计算题已知条件完成数值计算，理解高压输电减小电流降低损耗的工程优势。 跟随教师复盘本节课全部变压器知识点，标记铁芯作用、两套匝数正反比例规律等模糊知识点；独立动笔完整完成两道分层课堂计算题，规范书写推导、作答步骤。 认真倾听同学作答、教师订正点拨，混淆电压电流匝数比例、交直流适配类答题错误，规范物理专业术语书写，牢牢记住交变互感是变压核心、铁芯抑制漏磁与涡流两大核心要点；在课本空白页面记录本节课全部典型认知误区，配套写出正确变压器规律，规避匝数综合计算、情景分析题失误。 根据自身课堂学习基础分层规划课后作业完成顺序，基础层优先识记两套匝数公式、升压降压判定，提升层手绘变压器完整原理图，拓展层观察小区配电变压器并分析类型。 环节四 课堂小结、器材整理（2 分钟） · 指导小组有序收纳可拆变压器、硅钢片铁芯、多组线圈、交流电压表、低压交流电源，铁芯轻拿避免磕碰，线圈导线整齐缠绕收纳。 · 简短整体小结：本节课结合生活不同电压需求引入变压器，认识铁芯、原副线圈基础构造，通过分组匝数电压实验归纳正比规律，联立法拉第定律得到理想变压器电压匝数公式，依托功率守恒推导出电流匝数反比关系，区分升压、降压变压器，补充实际变压器线圈电阻、铁芯涡流带来的能量损耗，完善交变电压升降工程应用体系，为下一节远距离输电学习铺垫核心基础。 小组分工收纳全套变压器实验器材，保护薄硅钢片铁芯、精密交流电压表，养成电磁实验精密器材规范收纳习惯。 跟随教师梳理本节课核心变压器知识点，自主整理变压器工作条件、两套匝数公式、升压降压区分、实际损耗来源，记录在课本空白处，课后结合分层作业巩固全部变压器核心规律。 八、板书设计 c 九、课程思政 本节课依托实验室用的可拆变压器实物图、变压器原理图、变压器实验电路原理图三张教材素材，沿着生活多电压需求引入、变压器铁芯线圈构造认知、匝数电压分组探究实验、理想变压器两套匝数公式联立推导、实际变压器涡流与电阻损耗拓展完整脉络落实育人目标；电力系统工程师依托互感电磁感应基础规律，设计铁芯叠片结构抑制涡流损耗，发明升压、降压两类变压器，搭建起电厂高压输送、城乡低压配电的全国供电网络，从实验室简易铁芯线圈迭代为百万伏大型变电站变压设备，让学生体会基础电磁互感规律拥有广阔电力工程应用空间，科研与工程人员持续改良铁芯结构、优化线圈匝数配比、降低能量损耗，深耕电力传输装备革新的求真创新科学精神；匝数电压分组探究实验需要多次平稳更换线圈匝数、精准读取交流电压稳定示数，双回路电压、电流两套匝数公式推导要求分步联立法拉第电磁感应定律、功率守恒多层物理关系式，铁芯涡流损耗分析需要结合上一节涡流热效应分层拆解，全程培养变压器探究实验平稳更换器材、精准采集多组对照数据、严谨多层数理联立推导、分层拆解铁芯损耗物理模型、客观区分理想与实际电力设备的科学探究素养；我国自主研发百万千瓦配套大型升压变压器、城乡民用配电降压变压器、教学实验室可拆变压器全部实现自主研发量产，全国统一多级变压电网保障电厂发电、工厂工业设备运转、居民家用照明用电，高端电力变压设备摆脱国外技术垄断，直观展现变压器互感电磁拓展规律助力国内发电、输配电精密电力装备科技自主创新，激发学生学好变压器匝数电压、电流相关电磁规律投身国产大型电力变压器、配电装备研发的家国情怀；学生可自主结合互感解释变压器仅适用于交流电的原因，完整说明铁芯硅钢片叠合的双重作用，熟练运用电压、电流两套匝数公式完成综合计算，区分升压、降压变压器对应的电力传输场景，识别实际变压器两类能量损耗来源，树立变压器电磁规律服务电厂发电、远距离高压输电、城乡居民低压配电产业的实践责任意识。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课依托三张教材配套配图，完整开展变压器构造讲解、匝数电压分组探究实验、两套匝数公式联立推导、实际损耗拓展，学生能够记住变压器基础结构、简单电压匝数计算；课堂存在多处明显短板：大部分学生无法牢记变压器只能改变交变电压，做题时常将直流电源接入变压器分析；很难区分电压正比、电流反比两套匝数规律，综合计算题极易颠倒比例关系；分析铁芯作用时，只能记住聚磁，忽略硅钢片抑制涡流损耗的关键功能；升压、降压变压器场景匹配错误，分不清电厂升压、小区降压的底层逻辑；小组更换线圈采集实验数据耗时较长，留给学生独立手绘变压器原理图、完成匝数综合计算题的课堂时间不足；学生固有直观思维根深蒂固，始终认为线圈匝数越多输出电压越低，同时误以为恒定直流也能通过变压器升降电压。 2. 修改措施 课前印发简易预习单，提前回顾互感现象、涡流热效应、法拉第电磁感应定律基础知识点，标注 “变压器仅适用于交变电流、铁芯聚磁 + 减涡流” 预习提示，压缩课堂概念铺垫时长；课堂分步动画演示有无铁芯时磁场分布对比、直流 / 交流接入副线圈电压差异，直观展示铁芯作用、直流无法变压；新增两组随堂对比分析题，专门区分电压、电流与匝数正反比例关系；分步动画拆解双回路整套联立推导流程，单独标注电压、电流公式推导的中间等量代换步骤；压缩小组匝数实验数据采集讨论时长，提前设计规范数据记录表格，预留充足课堂时间让学生独立完成升压降压情景简答、匝数综合计算题、变压器原理手绘；课后配套分层巩固习题，分基础交直流适配简答、两套匝数公式计算、电力场景升压降压匹配三类题型训练，下一节课前预留五分钟变压器工作条件、电压电流匝数比例、铁芯作用复习，巩固变压器整套核心工程电磁规律。 学科网（北京）股份有限公司 $