高中物理《变压器》教案9新人教版选修3-.pdf

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第五章 交变电流 5．4 变压器
★新课标要求
（一）知识与技能
1．知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。
2．理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问
题。
（二）过程与方法
在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问
题的能力。
（三）情感、态度与价值观
1．使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。
2．培养学生实事求是的科学态度。
★教学重点
探究变压比和匝数比的关系。
★教学难点
探究变压比和匝数比的关系。
★教学方法
实验探究法、阅读法、讲解法。
★教学工具
学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡
★教学过程
（一）引入新课
师：在实际应用中，，电压有
几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也
各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要 220 V 的电压，机床上的照明
灯需要 36 V 的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过 10 V，而电视机
显像管却需要 10000 V 以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需
要。变压器就是改变交流电压的设备。这节课我们学习变压器的有关知识。
［板书课题］变压器
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（二）进行新课
1．变压器的原理
思考与讨论：

师：按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光。
生：灯泡亮了。
师：两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？
生 1：当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在
另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯
泡发光。
生 2：实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线
圈。
师：变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的。
一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈），另一个线圈跟负载连接，叫副线
圈（次级线圈）。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片
叠合而成。
师：画出变压器的结构示意图和符号，如下图所示：

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互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压 U ，原线圈中就有交变电
1
流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线
圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产
生交变电流，它也在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电
动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通
过互感现象，副线圈也能够输出电流。
师：在输入电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压也不
一样，变压器由此得名。那么，变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？下面
我们通过实验来探究。
实验：
目的：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系
器材：可拆变压器，学生电源，多用电表，导线若干
实验步骤：
（1）按图示电路连接电路

（2）原线圈接低压交流电源 6V，保持原线圈匝数 n 不变，分别取副线圈匝数
1
n = n ，n ，2 n ，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表
2 1 1 1
格。
（3）原线圈接低压交流电源 6V，保持副线圈匝数 n 不变，分别取原线圈匝数
2
1
n = n ，n ，2 n ，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表
1 2 2 2 2
格。
U ＝6V
1
实验次数 1 2 3 4 5 6
原线圈匝
n n n n n n
数 n 1 1 1 2 2 2
1
3 / 12 : .
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副线圈匝 1 1
n n 2 n n n 2 n
数 n 2 1 1 1 2 2 2 2
2
副线圈输

出电压 U
2
结论
（4）总结实验现象，得出结论。
注意事项：（1）连接好电路后，同组同学分别独立检查，然后由老师确认，电
路连接无误才能接通电源。
（2）注意人身安全。只能用低压交流电源，电源电压不能超过 12V
（3）使用多用电表交流电压档测电压时，先用最大量程测试，然后再用适当的
挡位进行测量。
2．电压与匝数的关系
师：从实验中可以发现什么规律？
生：原、副线圈两端的电压之比等于两个线圈的匝数之比。
师：写出数学表达式。
生：
师：电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，
变压器工作时存在能量损失。没有能量损失的变压器叫做理想变压器。
U n
1 1 ，只适用于理想变压器。实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计
U n
2 2
算中，可以把实际变压器视为理想变压器。
师：理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率有什么关系？
生：因为理想变压器没有能量损失，所以 P =P
出 入
师：若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流 I 与 I 有什么关系？
1 2
生：据 P =U I ，P =U I 及 P =P 得：
出 2 2 入 1 1 出 入
U I =U I
2 2 1 1
则：
师：上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。
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如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；如果副线圈
的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。那么两种变压器的匝数
关系如何？
生：升压变压器，n ＞n ，降压变压器，n ＜n 。
2 1 2 1
师：两种变压器原副线圈电流的大小关系如何？
生：升压变压器，I <I ，降压变压器，I >I 。
2 1 2 1
师：在绕制升压变压器原副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好，还是
细一些好？降压变压器呢？
生：因为升压变压器，I <I ，所以副线圈导线可以比原线圈导线细一些。降压变
2 1
压器，I >I ，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。
2 1
师：课后请大家阅读教材 47 页“科学漫步”，了解互感器的工作原理和应用。
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下内容：
1．变压器主要由铁芯和线圈组成。
2．变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。
3．理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有
P =P
输出 输入

（四）实例探究
☆理想变压器基本规律
【例 1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相
等 （ ）
A．交流的频率 B．电流的有效值
C．电功率 D．磁通量变化率
解析：变压器可以改变原副线圈中的电流，因此原副线圈中的电流不一定有相同
有效值，所以选 ，因而原副线圈的磁
通量变化率相同，D ，副线圈中感应的交流频率
与原线圈交流频率是相同的，A
率，因此 C 错.
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答案：B
点评：变压器工作时，原副线圈电压和电流不一定相同，但对理想变压器来说，
原副线圈一定相同的量有（1）电功率，（2）磁通量变化率，（3）交流的频率
☆理想变压器的综合应用
【例 2】如图所示为一理想变压器，K 为单刀双掷开关，P 为滑动变阻器的滑动触
头，U 为加在原线圈两端的电压，I 为原线圈中的电流，则 （ ）
1 1
A．保持 U 及 P 的位置不变，K 由 a 合到 b 时，I 将增大
1 1
B．保持 U 及 P 的位置不变，K 由 b 合到 a 时，R 消耗功
1
率减小
C．保持 U 不变，K 合在 a 处，使 P 上滑，I 将增大
1 1
D．保持 P 的位置不变，K 合在 a 处，若 U 增大，I 将增
1 1
大
n
解析：K 由 a 合到 b 时，n 变小，而 得 I = I 由 I = ，U = 2 U 所以
1 1 2 2 2 n 1
1
I = · ·U ，n 和 R 不变，n 减小时 I 增大，所以 A 对。
1 1 2 1 1
n n 2
K 由 b 合到 a 时，P = ，而 U = 2 U ，所以 P = 2 · .U 、n 和 R 不变，n 增
2 2 n 1 2 2 1 2 1