高二物理5.4《變壓器》學案（人教版選修3-2）

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111 5．4 變壓器 教學目標 （一）知識與技能 1．知道變壓器的構造，了解變壓器的工作原理。 2．理解理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數的關系，能應用它分析解決有關問題。 （二）過程與方法 在探究變壓比和匝數比的關系中培養(yǎng)學生運用物理理想化模型分析問題、解決問題的能力。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1．使學生體會到能量守恒定律是普遍適用的。 2．培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。 教學重點、難點 重點 探究變壓比和匝數比的關系。 難點 探究變壓比和匝數比的關系。 教學方法 實驗探究法、閱讀法、講解法。 教學手段 學生電源、可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡 教學過程 （一）引入新課 在實際應用中，常常需要改變交流的電壓.大型發(fā)電機發(fā)出的交流，電壓有幾萬伏，而遠距離輸電卻需要高達幾十萬伏的電壓。各種用電設備所需的電壓也各不相同。電燈、電飯煲、洗衣機等家用電器需要220 V的電壓，機床上的照明燈需要36 V的安全電壓。一般半導體收音機的電源電壓不超過10 V，而電視機顯像管卻需要10000 V以上的高電壓。交流便于改變電壓，以適應各種不同需要。變壓器就是改變交流電壓的設備。這節(jié)課我們學習變壓器的有關知識。 （二）進行新課 1．變壓器的原理 思考與討論： 按上圖所示連接好電路，接通電源，觀察燈泡是否發(fā)光。 兩個線圈并沒有直接接觸，燈泡為什么亮了呢？這個實驗說明了什么？ 當一個線圈中同交變電流時，變化的電流產生變化的磁場，變化的磁場在另一個線圈中激起感生電場，從而產生感生電動勢，燈泡中有了感應電流，故燈泡發(fā)光。 實驗說明，通過互感現象，電源的能量可以從一個線圈傳輸給另一個線圈。 變壓器就是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈構成的。 一個線圈跟電源連接，叫原線圈（初級線圈），另一個線圈跟負載連接，叫副線圈（次級線圈）。兩個線圈都是絕緣導線繞制成的。鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成。 畫出變壓器的結構示意圖和符號，如下圖所示： 互感現象時變壓器工作的基礎。在原線圈上加交變電壓U1，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產生交變的磁通量。這個交變磁通量既穿過原線圈，也穿過副線圈，在原、副線圈中都要引起感應電動勢。如副線圈是閉合的，在副線圈中就產生交變電流，它也在鐵芯中產生交變的磁通量，在原、副線圈中同樣引起感應電動勢。副線圈兩端的電壓就是這樣產生的。所以，兩個線圈并沒有直接接觸，通過互感現象，副線圈也能夠輸出電流。 變壓器線圈兩端的電壓與匝數有何關系呢？下面我們通過實驗來探究。 目的：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系 器材：可拆變壓器，學生電源，多用電表，導線若干 實驗步驟： （1）按圖示電路連接電路 （2）原線圈接低壓交流電源6V，保持原線圈匝數n1不變，分別取副線圈匝數n2=n1，n1，2 n1，用多用電表交流電壓檔分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。 （3）原線圈接低壓交流電源6V，保持副線圈匝數n2不變，分別取原線圈匝數n1=n2，n2，2 n2，用多用電表交流電壓檔分別測出副線圈兩端的電壓，記入表格。 U1＝6V 實驗次數 1 2 3 4 5 6 原線圈匝數n1 n1 n1 n1 n2 n2 n2 副線圈匝數n2 n1 n1 2 n1 n2 n2 2 n2 副線圈輸出電壓U2 結論 （4）總結實驗現象，得出結論。 注意事項：（1）連接好電路后，同組同學分別獨立檢查，然后由老師確認，電路連接無誤才能接通電源。 （2）注意人身安全。只能用低壓交流電源，電源電壓不能超過12V （3）使用多用電表交流電壓檔測電壓時，先用最大量程測試，然后再用適當的擋位進行測量。 2．電壓與匝數的關系 電流通過變壓器線圈是會發(fā)熱，鐵芯在交變磁場的作用下也會發(fā)熱。所以，變壓器工作時存在能量損失。沒有能量損失的變壓器叫做理想變壓器。，只適用于理想變壓器。實際上變壓器的工作效率都很高，在一般的計算中，可以把實際變壓器視為理想變壓器。 理想變壓器原線圈的輸入功率與副線圈的輸出功率有什么關系？ 因為理想變壓器沒有能量損失，所以P出=P入 若理想變壓器只有一個副線圈，則原副線圈中的電流I1與I2有什么關系？ 據P出=U2I2，P入=U1I1及P出=P入得：U2I2=U1I1 則： 上式是理想變壓器只有一個副線圈時，原副線圈中的電流比公式。 如果副線圈的電壓高于原線圈的電壓，這樣的變壓器叫升壓變壓器；如果副線圈的電壓低于原線圈的電壓，這樣的變壓器叫降壓變壓器。 升壓變壓器，n2＞n1，降壓變壓器，n2＜n1。 升壓變壓器，I2I1。 在繞制升壓變壓器原副線圈時，副線圈導線應比原線圈導線粗一些好，還是細一些好？降壓變壓器呢？ 因為升壓變壓器，I2I1，所以副線圈導線要比原線圈導線粗一些。 課后請大家閱讀教材47頁“科學漫步”，了解互感器的工作原理和應用。 （三）課堂總結、點評 本節(jié)課主要學習了以下內容： 1．變壓器主要由鐵芯和線圈組成。 2．變壓器可改變交變電的電壓和電流，利用了原副線圈的互感現象。 3．理想變壓器：沒有能量損失的變壓器，是理想化模型。有 P輸出=P輸入 （四）實例探究 理想變壓器基本規(guī)律 【例1】一個正常工作的理想變壓器的原副線圈中，下列的哪個物理量不一定相等 （ ） A．交流的頻率 B．電流的有效值 C．電功率 D．磁通量變化率 理想變壓器的綜合應用 【例2】如圖所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流，則 （ ） A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大 B．保持U1及P的位置不變，K由b合到a時，R消耗功率減小 C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大 D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大 【例3】如圖所示，接于理想變壓器的四個燈泡規(guī)格相同，且全部正常發(fā)光，求三個線圈的匝數比n1∶n2∶n3. （五）鞏固練習 1．理想變壓器的原線圈的匝數為110匝，副線圈匝數為660匝，若原線圈接在6 V的電池上，則副線圈兩端電壓為 （ ） A.36 V B.6 V C.1 V D.0 V 2．當理想變壓器副線圈空載時，副線圈的 （ ） A.負載電阻為0 B.輸出電流為0 C.兩端電壓為0 D.輸出功率為0 3．理想變壓器原、副線圈的電流為I1、I2，電壓為U1、U2，功率為P1、P2，關于它們的關系，正確的是 （ ） A.I2由I1決定 B.U2與負載有關 C.P1由P2決定 D.U1由U2決定 4．一理想變壓器原線圈接交流、副線圈接電阻，下列哪些方法可使輸入功率增加為原來的2倍 （ ） A.次級線圈的匝數增加為原來的2倍 B.初級線圈的匝數增加為原來的2倍 C.負載電阻變?yōu)樵瓉淼?倍 D.副線圈匝數和負載電阻均變?yōu)樵瓉淼?倍 5．用理想變壓器給負載R供電，下列哪些辦法可以減小變壓器原線圈中的電流 A．增加原線圈的匝數 B．增加副線圈的匝數 C．減小負載電阻R的數值 D．增加負載電阻R的數值 6．在圖所示的電路中，理想變壓器的變壓比為2∶1，四個燈泡完全相同，若已知燈泡L3和L4恰能正常工作，那么 （ ） A. L1和L2都能正常工作 B.L1和L2都不能正常工作 C.L1和L2中只有一個能正常工作 D.條件不足，無法判斷 7．如圖所示，理想變壓器的原、副線圈分別接有相同的白熾燈，原、副線圈的匝數比為n1∶n2=2∶1，電源電壓為U，求B燈兩端的電壓UB為多少? 8．如圖中所示，理想變壓器B的原線圈跟副線圈的匝數比 n1∶n2=2∶1，交流電源電壓U1=220 V，F為熔斷電流為I0=1.0 A的保險絲，負載為一可變電阻. （1）當電阻R=100 Ω時，保險絲能否被熔斷? （2）要使保險絲不被熔斷，電阻R的阻值應不小于多少?變壓器輸出的電功率不能超過多少? 111