第30卷第5200年5

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Vol30NoMay一、

(浙江省玉環(huán)縣玉城中學3.定性實驗與定量實驗相結(jié)合、“變壓器”課題的教學應圍繞“什么是變壓器?”“變壓器副線圈為什么有電壓?”“變壓器為什么能改變電壓?”“變壓器是怎樣改變電壓、電流的?”等問題為線索展開教學過程.現(xiàn)行為降低難度,在“變壓器為什么能變壓”這個關(guān)鍵性問題上用“從實驗知道”這樣一句話避過去了,并沒有介紹變壓原理,教材的方法教育功能被大大削弱了.為克服這一缺陷,針對學生現(xiàn)有的知識水平和認知特點在不增加教學難度的前提下,筆者采用定性分析和定量推導相結(jié)合、實驗探究和理論推導相結(jié)合的方法,使學生先在實驗探究中發(fā)現(xiàn)電壓與線圈匝數(shù)之間存在的關(guān)系,然后從電磁感應原理出發(fā)解釋和推導這一關(guān)系.這樣處理學生對變壓器的變壓原理的理解將更加深刻,學生的實驗能力和理論分析能力將同時得以訓練和培養(yǎng).器的理想化模型,應是處理本節(jié)課教學內(nèi)容所上并沒有“理想變壓器”的字樣,但課本上給出的兩個等式卻只適用于理想變壓器.筆者認為,明確“理想變壓器”的概念遠比含糊其詞好.教學中通過引導學生分析變壓器傳輸電能時因而產(chǎn)生的電能損耗,提出變壓器的理想化條件,建立理想模型,在此基礎(chǔ)上進一步分析導出理想變壓器原副線圈的功率關(guān)系、電壓關(guān)系和電流關(guān)系.這樣處理教學

思路嚴謹清晰,教學過程自然流暢,不僅能使學生準確理解理想變壓器的工作原理和工作特性,而且能使學生再次學習建立物理模型的方法,有利于提高他們的分析概括能力.與動態(tài)實驗相結(jié)合,是實現(xiàn)突破本節(jié)課教學及傳統(tǒng)教學力圖通過對實際變壓器(通常是可拆變壓器)的定量實驗準確得出理想變壓器的電壓和電流.實際上兩者差別較大,是難以得到理想結(jié)果的.另外,線圈都是已經(jīng)繞制好的,有多少匝,只能聽教師講,學生并不能直接感知,實驗效果不佳.筆者教學時在進行定量實驗的基礎(chǔ)上,增加了動態(tài)定性實驗的演示.例如,在探究閉合鐵芯在變壓器中的作用時增加了“變壓器的鐵芯從不閉合到閉合時,小燈泡的亮度逐漸增加”的實驗;在探究電壓、電流與線圈匝數(shù)的關(guān)系時,增加了“小燈泡的亮度隨原副線圈匝數(shù)比的變化而逐漸變化”的實驗;在探究原副線圈電流、功率與負載電阻的關(guān)系時,增加了“原副線圈的電流隨與小燈泡并·

演示實驗避開理想變壓器與實際變壓器的差化規(guī)律.教學實踐表明,學生對這些動態(tài)演示對變壓器這一常見電氣設(shè)備的全面理解和動4.的激發(fā),引導學生主體積極參與教學,主動地效途徑.紹課,忽視了課題的方法教育功能(實驗方法、理想化方法等)和學生思維能力、探究能力的以實驗為載體展開過程,以問題為線索將課堂教學組織起來,通過積極創(chuàng)設(shè)問題情境,力求使實驗與思維有機結(jié)合,層層遞進,使學生始理課教學的特點和.二、師:請思考,若將額定電壓為6V

分,讓學生觀察并回答其基本組成.然后把可拆變壓器的兩個線圈分別與照明電源和小燈泡連接,觀察到小燈泡正常發(fā)光.生(220V)遠大于小燈泡的額定電壓(6V),小燈泡會立即燒毀.師:現(xiàn)在只有照明電源,根據(jù)以前所學的電路知識,你有辦法使小燈泡正常工作嗎?生:可以,拿一個適當阻值的電阻與小燈泡串聯(lián),接入照明電路中.師:那么,你認為用這一辦法時電源電能生:因為分壓,電阻上的電壓較大,消耗較大的電功率,所以這時電源電能的利用率并不高.師:能否設(shè)計一種辦法或裝置,使電源損失較小的電能而又能使小燈泡正常工作呢事實上,上述在現(xiàn)實中普遍存在.在日常生活、生產(chǎn)中使用的各種用電設(shè)備,需要的電壓不是都一樣的.如家用電器(電燈、電爐等)需220V電壓,4～6V電壓,電視機顯像管又需要一萬多伏的電壓,等等.在由統(tǒng)一的電源供電的情況下,為適應這,那么它是怎樣實現(xiàn)改變電壓的目的呢?今天我們就來研究這一課題.師:變壓器由哪幾部分組成?它又是怎樣工作的呢?請大家觀察實驗.1及電路圖,1所示.結(jié)合圖示和實物介師:變壓器的工作原理是什么?當變壓器的原線圈接上交變電源后副線圈兩端為何會有電壓而使燈泡發(fā)光呢?請同學們用以前所學的知識解釋產(chǎn)生這一現(xiàn)象的學生在變壓器示意圖中通過對變圖壓器工作時電磁關(guān)系的分析,得出變壓器的工作原理是利用了電磁感應現(xiàn)象,原線圈接交流電源后,在閉合鐵芯內(nèi)產(chǎn)生了交變的磁通量,它通過副線圈,使副線圈兩端產(chǎn)生感應電動勢.師:這時的副線圈就可以作為電源使用,當把用電器接在副線圈兩端時,副線圈電路中就出現(xiàn)電流.若從能的轉(zhuǎn)化角度看,

壓器是怎樣轉(zhuǎn)化和傳輸能量的生:原線圈輸入的電能先轉(zhuǎn)化成原副線圈的電能.師若使變壓器中的鐵芯不閉合或撤去鐵芯,原副線圈是否還會發(fā)生電磁感應?生原線圈中的磁通量仍有部分通過副線圈,還會發(fā)生電磁感應.師那么,為什么說鐵芯是變壓器的重要2圖合到閉合,如圖2所示,接在副線圈兩端的小·生:若無鐵芯或鐵芯不閉合時,原線圈中失在外,有了閉合鐵芯,由于鐵芯被磁化,絕大部分磁感線集中在鐵芯內(nèi)部,貫穿副線圈,大師:可見,漏失的磁感線不能起到傳輸電能的作用.有了閉合鐵芯后,漏失的磁感線大大減少,但能完全避免漏失嗎?生:不能,仍會有一小部分磁感線漏失在周圍空間.師:因此,變壓器副線圈輸出的電能要小于原線圈輸入的電能.實際變壓器工作時,除了因漏磁而損耗電能外,還有哪些方面的原因先讓學生思考,鼓勵提出猜想,再讓一位說出感覺.生:原副線圈有電阻,通電時要發(fā)熱;鐵芯在反復磁化時也要發(fā)熱,都要損耗電能.師:現(xiàn)在,由于在材料和技術(shù)上采取了許多有效措施,實際大型變壓器的效率(輸入的電功率之比)可高達97-99.5%,

演示實驗3演示電路如圖3所示,原線圈匝數(shù)400匝,接交流電壓U1=12V,用交流電壓表測量副線圈匝數(shù)分別為200匝和800匝時的電壓,讀數(shù)分別為6V和24V左右.師:從實驗中可發(fā)現(xiàn)變壓器原、副線圈上圖生:原副線圈上的電壓與其匝數(shù)成正比即 U2=n2師能否從理論上推導出理想變壓器的這①因無漏磁,通過原、副線圈的磁通量及其變化率都相等,即12,1=2 =能量損耗的變壓器,稱它為理想變壓器,

1 EΔt,2= E

2學生自己歸納后得出:①原副線圈沒有電阻②無磁感線漏失;③鐵芯不發(fā)熱.師:理想化是科學研究中一種常用的重要方法,面學習中,我們通過這一方法得到了許多重要的物理模型(如質(zhì)點、單擺、理想氣體等).現(xiàn)在,我們弄清了變壓器工作時起作用的各種因素,通過分清主次,并突出主導因素,器為對象,進一步研究其工作特性和變壓規(guī)律.

③因原、副線圈沒有電阻,原副線圈兩端U1=E1,U2=E2 U2=n2師當變壓器原副線圈的匝數(shù)比增大或減小時,副線圈的輸出電壓將隨之怎樣變化?演示實驗4如圖4所示,師:理想變壓器原線圈的輸入功率P1副線圈的輸出功率P2存在何種關(guān)系生輸出功率等于輸入功率,P2=P1師:理想變壓器原副線圈兩端的電壓又 圖·漸繞上鐵芯,小燈泡逐漸變亮;將導線逐圈拉出,小燈泡逐漸變暗.讓學生觀察后分析得出結(jié)論.師:什么情況下變壓器可以用作升壓使用?什么情況下變壓器可以用作降壓使用?生n1n2時U1>U2,作降壓變壓器使用當n1n2,U1U2,作升壓變壓器使用.師:現(xiàn)在我們已經(jīng)研究了理想變壓器輸入功率與輸出功率、輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系,為了全面掌握變壓器的工作特性,還應該生:

師:現(xiàn)在我已完全按照圖5接好了電路演示實驗5系師:入電流I1與輸出電流I2的關(guān)系?學生推導:由P1=P2得U1I1=U2I2故 I1=U2=n2 師:變壓器原副線圈的匝數(shù)不同,原副線學生討論后得出:變壓器的高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小,應該用較細的導線繞制;問題1如圖5所示,n1=800匝,n2=160匝,蓄電池的輸出電壓為12V,則電壓表的示數(shù)多大?來,將電鍵閉合后,緩緩揭去“頭蓋”時,電壓表的指針穩(wěn)穩(wěn)地指在零位置上學生驚訝片刻后馬上恍然大悟,對結(jié)果做出了正確的理論解釋.接著將電鍵斷開,在斷開的瞬間,電壓表指針有明顯擺動,學生立即對它做出了正確解釋整地展示一次,加深了學生對變壓器的工作2有一理想變壓器,原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=10∶1,當它正常工作時,求:(1)原副線圈的輸入、輸出電壓之比;(2)原、副線圈中的電流之比;(3)原副線圈的輸入、輸出功率之比((6)當副線圈上的負載電阻減小時,原(1)～(5)小題學生幾乎能完全作出正確回答,(6)小題先讓學生討論、猜想

然后用下面的實驗驗證結(jié)論演示實驗6如圖6所示電路,圖個閉合,使小燈泡依次接入電路,負載總電阻不斷變小,