人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器一等奖教案设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册3 变压器一等奖教案设计，共14页。教案主要包含了变压器的结构和工作原理，理想变压器，三类特殊变压器等内容，欢迎下载使用。

备课人
学科
物理
课题
3.3 变压器
教学内容分析
变压器是继交变电流之后，电磁感应在生产生活中的又一重要的实际应用。变压器的工作原理和理想变压器的变压规律是本节的重点和难点。对于变压器的工作原理，教学中可以在互感现象的基础上，给学生解释为什么原、副线圈之间没有导线的连接，副线圈中还可以输出电流。对于变压器的变压规律，课程标准提出了“通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的要求，教材也相应编写了“实验”栏目，通过探究实验得出结论。教学中要指导学生结合实验探究，再经过理论推导得出原、副线圈电压、电流与匝数的关系，并能从能量的传递与转化的角度进一步强化对变压器的认识。这样有利于重点的突出和难点的突破，使学生再次体会交变电流与恒定电流的区别，以及交变电流的优点。同时，体会实验、理想化模型等方法的应用，拓展学生思维。
变压器是一种交变电路中常见的电气设备，是远距离输送交变电流不可缺少的设备。生活中各种用电设备所需的电压各不相同，都要由变压器改变电压，以适应不同的需要，教学中可以根据实际情况采用不同的形式进行介绍，例如挂图、照片、视频资料、实物或实地参观等，以开阔学生眼界。特别是要注意引导学生了解变压器在现代实际生活中的应用，再次感受交变电流与生产生活联系的广泛性，体会基础科学的重大发现在工业革命和社会发展中的作用。
学情分析
高中物理的变压器章节涉及多个复杂的概念和原理，对学生的知识基础和理解能力都提出了较高要求。经过学情分析，我们可以得出以下结论：
1. 学生知识基础：大多数学生在进入变压器章节学习之前，已经掌握了基础的电磁学知识，如电流、电压、电阻的关系以及电磁感应现象。这为变压器的学习奠定了坚实的基础。
2. 理解能力：变压器的工作原理对于部分学生来说是一个挑战。尽管大多数学生能够理解电磁感应的基本原理，但在应用到变压器上时，还是显得有些吃力。教师需要采用多种教学方法，如直观演示和案例分析，帮助学生加深对变压器工作原理的理解。
3. 实验操作能力：在实验操作中，学生的表现各有差异。一部分学生能够迅速掌握实验步骤，准确记录数据并进行分析；而另一部分学生则需要更多的指导和帮助。这要求教师在实验前做好充分的准备，确保每位学生都能从中受益。
4. 问题解决能力：通过案例分析和问题解决练习，学生的问题解决能力得到了一定的提升。他们开始学会将理论知识应用于实际问题中，如使用变压器解决电压不匹配的问题。但在面对复杂问题时，部分学生仍显得手足无措，需要更多的指导和练习。
5. 学习态度：大多数学生对学习变压器持有积极的态度，他们愿意投入时间和精力去理解和掌握相关知识。但也有少数学生对学习变压器感到畏难和厌倦，这需要教师及时关注并采取有效措施加以引导。
综上所述，高中物理变压器章节的教学应注重学生的知识基础、理解能力、实验操作能力、问题解决能力和学习态度等方面的培养和提高。同时，教师也需要根据学生的实际情况调整教学策略和方法，确保每位学生都能从中受益。
教学目标
1.知道变压器的工作原理和理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系，会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系，会用能量的观点理解变压器的工作原理。
2.知道理想变压器是忽略了能量损失的一种理想模型，进一步体会建立理想模型这种思维方法。
3.经历探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的过程，提高科学探究的能力。
4.在实验中要养成避免触电和安全使用电表的习惯，养成尊重实验数据的严谨科学态度。
教学重难点
1.教学重点：变压器的工作原理和理想变压器的变压规律，会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系
2.教学难点：通过所学知识分析自耦变压器、电压互感器、电流互感器的工作原理及接入电路特点。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
展示以下图片：
并提问：输电线输送的是大于100KV的高压，而家庭用电的电压是220V，如何将高压降为220V？在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同， 那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？
然后展示以下图片：
然后提问：你知道变压器的工作原理吗？
回答教师提出的问题。
回答变压器的工作原理。
利用学生身边的问题，激发学生兴趣。
新课教学
一、变压器的结构和工作原理
变压器的结构
①铁芯：绝缘硅钢片叠合而成
②原线圈：与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈
③副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈
（二）变压器的示意图及电路符号
（三）变压器的工作原理
问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？
变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？
------互感现象
若给原线圈接恒定电压U1,副线圈电压U2=?
（三）变压器的变压规律
若给原线圈接交变电动势 e1 =Em sinωt，则副线圈电动势e2 多大？
铁芯可使绝大部分（可近似认为全部）磁感线集中在铁芯上，即：
由法拉第电磁感应定律，得：
变压器作用：改变交流的电压，不改变周期和频率。
不考虑原副线圈的电阻的原、副线圈的电压：
此式无论副线圈一端是空载还是负载，都适用。
如何设计实验验证上述结论？
以下是某个小组实验数据：
从实验数据来看，原副线圈电压之比是否等在误差允许的范围内，原副线圈电压之比是否等于它们的匝数。
于它们的匝数之比？
实验数据没有严格遵从这样的规律，是为什么？
误差分析：
误差产生原因：能量损耗
①变压器线圈通过电流时会发热；
②铁芯在交变磁场的作用下也会发热；
③交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯呢。
我们把没有能量损失的变压器叫做理想变压器，那么这样的变压器有什么规律？
、
阅读课文并总结归纳变压器的结构。
阅读课文，总结变压器电路符号。
回答变压器的工作原理
借助流程图深刻理解互感现象。
理论分析变压器电压原理。
观看实验并进行实验。
学生回答产生误差原因。
锻炼学生总结归纳问题能力。
建立物理规律
培养学生利用已知知识去解决未知知识的能力。
采用理论加实验方式，培养学生严密的知识能力。
提升学生思维逻辑能力。
二、理想变压器
一个副线圈的理想变压器
变压器原副线圈的电压、电流关系满足什么样的规律？
理想变压器：
电压制约：
线圈两端电压之比等于匝数之比
功率制约：P入 = P出
原线圈电能全部转化为副线圈电能
“一原一副” 的电流制约：
原副线圈的电流跟匝数成反比，此式只适用于一个副线圈的变压器。
（二）多副线圈的理想变压器
电压关系：，
即：
任意两线圈两端电压之比等于匝数之比
“一原多副”的理想变压器
由 P入 =P出 （原线圈电能全部转化为两副线圈电能）得
得：
（三）理想变压器的规律
理想变压器
①无铜损 ②无铁损 ③无磁损
基
本
关
系
功率关系
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P入＝P出
电压关系
①只有一个副线圈时：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)
②有多个副线圈时：eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…
电流关系
①只有一个副线圈时：eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)
②有多个副线圈时：由P入＝P出得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
频率关系
f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)
学生按照老师的提示逐步分析回答问题。
学生逐步推导电压电流的关系。
学生填写表格
提升学生对知识的运用能力。
健全学生对各类变压器的理解。
完善学生对知识的运用能力。
理想变压器的动态分析
技巧总结
1．含有变压器动态电路问题的答题模型
(1)构建模型。
(2)模型突破：解答这类问题的关键是分清变量和不变量。首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。
①理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出而入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率。
②可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。
2．负载变化的两种情况
(1)负载的数目发生变化，如某些用电器的开关断开或闭合。
(2)滑动变阻器的触片移动，电路中的电阻发生变化。
（二）典例精析
eq \a\vs4\al([典例1]) 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两个小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交流电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是
A．由图乙的变化关系可知输入电压u的表达式u＝20eq \r(2)sin(50πt)V
B．只断开S2后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大
D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W
答案：D
( )
解析：由题图乙可知周期T＝0.02 s，角速度ω＝eq \f(2π,T)＝100π rad/s，所以输入电压u的表达式为u＝20eq \r(2)sin(100πt)V，选项A错误；原本L2正常发光，只断开S2后，两灯泡串联，电压被两灯泡均分，都不会正常发光，且负载电阻增大，输出功率减小，输入功率也减小，选项B、C错误；由变压器的电压关系eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)可得副线圈输出电压U2＝eq \f(n2,n1)U1＝4 V，S1换接到2后，R消耗的功率P＝eq \f(U22,R)＝eq \f(42,20) W＝0.8 W，选项D正确。
（三）负载变化引起的动态变化问题的解题思路
变与不变结合，根据答题模型从副线圈向原线圈推进。如果原、副线圈的匝数不变，则副线圈电压不变，根据负载电阻的变化，判断出副线圈电流或功率的变化情况，然后根据输出功率决定输入功率的特点，分析原线圈电流或功率的变解题思路:
变压器的结构还可以怎样设计？人们是怎样测量高压交变电流的电压和电流的呢？
跟这老师总结建构模型。
总结解题的方法。
解答例题并展示。
总结变压器动态电流变化解题思路。
建构模型
提升学生对知识的应用能力。
逐步提升学生解题能力。
四、三类特殊变压器
自耦变压器
如图所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。
（二）电压互感器
交流电压表的有一定的量度范围，不能直接并联到高压电测量其电压值。那么如何用交流电压表间接地测量出高压电的电压值？
电流互感器
交流电流表的有一定的量度范围，不能直接串联到在大电流电路中的电流值。那么如何用交流电流表间接地测量出大电流电路中的电流值？
学生阅读课文总结，了解几种常见的变压器。
拓宽学生理解能力。
课堂总结
板书设计
第3节 变压器
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
一、教学过程中的不足
在最近一次关于“变压器”的教学活动中，我深感自己的教学方法存在明显的不足。回顾整个教学过程，我发现了以下几个问题：
缺乏实践环节：我在课堂上过于注重理论知识的传授，而忽略了实践操作的重要性。变压器作为一种重要的电气设备，其实践操作对于理解其工作原理和特性至关重要。
学生参与度低：由于我主要采用了传统的讲授方式，学生在课堂上处于被动接受的状态，缺乏积极参与和主动思考的机会。
缺乏与实际应用的联系：我在讲解变压器的相关知识时，没有很好地将其与实际应用场景相结合，导致学生难以体会到知识的重要性。
二、改进方案
针对以上问题，我提出以下改进方案：
增加实践环节：在未来的教学中，我将设计更多的实践操作环节，让学生亲自动手操作变压器，感受其工作原理和特性。
提高学生参与度：我将采用更多的互动教学方式，如小组讨论、案例分析等，以激发学生的学习兴趣和积极性。
加强与实际应用的联系：我将更多地引入实际案例，让学生了解到变压器在电力系统中的重要应用，从而增强学生的学习动力。