PAGEPAGE7《變壓器》精品教案《變壓器》教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者吳銳芬工作單位深圳市育才中學(xué)一、教學(xué)內(nèi)容分析變壓器是人教版選擇性必修2第三章第3節(jié)的內(nèi)容，是本章的核心內(nèi)容之一，在教材中起到了承上啟下的作用，是對電磁感應(yīng)內(nèi)容和交變電流內(nèi)容的應(yīng)用，同時是電能的輸送內(nèi)容的基礎(chǔ)。按照普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）的要求，本節(jié)任務(wù)是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，探究變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系。本節(jié)用控制變量法探究安培力方向以及大小時，涵蓋了科學(xué)探究的基本要素，有助于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。二、學(xué)生情況分析1.知識基礎(chǔ)：學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握了感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、法拉第電磁感應(yīng)定律，并且了解了直流電和交流電的區(qū)別。2.能力水平：學(xué)生基本掌握了研究物理問題的基本過程，掌握了控制變量法，會進(jìn)行分組探究實(shí)驗(yàn)。三、教學(xué)目標(biāo)（一）從核心素養(yǎng)角度闡述：物理觀念：知道變壓器的構(gòu)造及幾種常見的變壓器理解變壓器的工作原理理解并熟練應(yīng)用理想變壓器的原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，電流與匝數(shù)的關(guān)系?？茖W(xué)思維：通過探究理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系，電流與匝數(shù)的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理、科學(xué)論證等思維能力。通過將實(shí)際變壓器抽象出理想變壓器的過程，讓學(xué)生了解理想化模型在物理學(xué)研究中的重要性。通過判斷220V轉(zhuǎn)12V電源變壓器的原線圈和副線圈的過程，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題中學(xué)會理論聯(lián)系實(shí)際?？茖W(xué)探究：（7）探究理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系；探究理想變壓器原、副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：（9）通過讓學(xué)生經(jīng)歷猜想、實(shí)驗(yàn)探究、分析、改進(jìn)再進(jìn)行理論嚴(yán)密推導(dǎo)的過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)觀和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。通過對變壓器的能量轉(zhuǎn)化和損耗的分析，培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源的意識。培養(yǎng)學(xué)生與人合作交流，共同完成任務(wù)的能力。(二)依據(jù)布盧姆教育目標(biāo)分類理論進(jìn)行闡述和分析：知識維度認(rèn)知過程維度記憶/回憶理解應(yīng)用分析評價(jià)創(chuàng)造事實(shí)性知識目標(biāo)1概念性知識目標(biāo)2、目標(biāo)、目標(biāo)4目標(biāo)3目標(biāo)4程序性知識目標(biāo)5目標(biāo)6目標(biāo)7目標(biāo)8元認(rèn)知知識目標(biāo)9、目標(biāo)10、目標(biāo)11四、教學(xué)重點(diǎn)探究理想變壓器原、副線圈中電壓與匝數(shù)的關(guān)系；學(xué)會運(yùn)用控制變量法、數(shù)據(jù)處理時的列表法和圖像法。五、教學(xué)難點(diǎn)理解理想變壓器中能量關(guān)系，應(yīng)用原、副線圈中電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系解決實(shí)際問題。六、教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)觀察法、分組探究法、講授法。七、教學(xué)工具以變壓器為中介的手機(jī)聲音放大器、電池、小燈泡、變壓器、學(xué)生電源、交流電表、220V轉(zhuǎn)12V電源變壓器、開關(guān)與導(dǎo)線、excel表格、多媒體課件。八、教學(xué)流程圖以變壓器為中介的手機(jī)聲音放大器以變壓器為中介的手機(jī)聲音放大器變壓器的結(jié)構(gòu)變壓器的結(jié)構(gòu)改變小燈泡亮度,即副線圈電壓與什么因素有關(guān)點(diǎn)亮一盞小燈泡改變小燈泡亮度,即副線圈電壓與什么因素有關(guān)點(diǎn)亮一盞小燈泡用直流電源供電用交流電源供電用直流電源供電用交流電源供電實(shí)驗(yàn)猜想實(shí)驗(yàn)猜想小燈泡閃亮一下，原理為電磁感應(yīng)小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,條件是交變電流小燈泡閃亮一下，原理為電磁感應(yīng)小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,條件是交變電流實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,條件是交變電流小燈泡閃亮一下，原理為電磁感應(yīng)小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,條件是交變電流小燈泡閃亮一下，原理為電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程 實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論誤差分析誤差分析改進(jìn)擴(kuò)展改進(jìn)擴(kuò)展理論驗(yàn)證理論驗(yàn)證問題：原副線圈電流關(guān)系？問題：原副線圈電流關(guān)系？學(xué)以致用一：判斷實(shí)際變壓器中的原副線圈學(xué)以致用一：判斷實(shí)際變壓器中的原副線圈學(xué)以致用二：解釋導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)學(xué)以致用二：解釋導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)九、教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖課題引入活動一：演示利用變壓器改變聲音大??；引出課題利用音響放大手機(jī)歌聲，普通的操作是手機(jī)直接通過導(dǎo)線連接音響，但以變壓器為中介也能夠?qū)⒙曇暨M(jìn)行放大，而且當(dāng)調(diào)節(jié)變壓器的匝數(shù)時，聲音的大小會發(fā)生變化。請問，1.手機(jī)并未與音響直接相連，為何音響能夠放大手機(jī)的聲音？2.為何調(diào)節(jié)線圈的匝數(shù)，就能夠調(diào)節(jié)聲音的大小？觀察實(shí)驗(yàn)思考問題以變壓器為主體的趣味實(shí)驗(yàn)引入新課，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。變壓器結(jié)構(gòu)活動二：觀察變壓器，總結(jié)變壓器結(jié)構(gòu)。不同用電器工作時電壓不同。手機(jī)用電器只需5伏電壓，電壓如果太大，手機(jī)會爆炸。彩色電視機(jī)的高壓包電壓可高達(dá)3萬伏。可是家庭用電中統(tǒng)一提供220伏電壓。需要改變電壓的大小以適應(yīng)不同用電器的需求。我們把能夠改變電壓大小的儀器稱之為變壓器。提問1：你在生活中見到過哪些變壓器？提問2：這些變壓器雖然大小不同，形狀不同，但他們的結(jié)構(gòu)確實(shí)相同。觀察實(shí)驗(yàn)室的可拆變壓器，請說出變壓器的有哪些部分組成。教師在黑板上繪制出變壓器的結(jié)構(gòu)，并解釋符號中各部分的意義。學(xué)生回答1：高壓輸電線旁有大型變壓器，家庭中手機(jī)、電腦等有小型變壓器。學(xué)生回答2：兩個線圈，一個閉合鐵芯。學(xué)生在學(xué)案上繪制變壓器符號。聯(lián)系生活，分享生活中觀察到器材。點(diǎn)亮一盞小燈泡提問3：如果原線圈提供直流電源，副線圈連接小燈泡，小燈泡是否會亮？教師連接電路圖，觀察小燈泡的亮度。教師總結(jié)變壓器的原理為電磁感應(yīng)。學(xué)生回答3：小燈泡不亮。觀察小燈泡閃亮一下。為學(xué)生設(shè)置認(rèn)知沖突，以促進(jìn)他們更要地理解變壓器的原理。提問4：如果想要讓小燈泡持續(xù)穩(wěn)定地亮起來，應(yīng)該如何操作？教師連接電路圖，觀察小燈泡的亮度。教師總結(jié)變壓器的電流條件為交變電流。學(xué)生回答4：接交變電流。觀察小燈泡穩(wěn)定發(fā)光。進(jìn)一步理解變壓器的原理。改變小燈泡的亮度引導(dǎo)：我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了讓小燈泡穩(wěn)定發(fā)光的任務(wù)，接下來第二個任務(wù)是改變小燈泡的亮度。小燈泡的亮度與兩端的電壓有關(guān)，請問，副線圈兩端的電壓與什么因素有關(guān)系。實(shí)驗(yàn)猜想。學(xué)生說出自己的猜想以及依據(jù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄孔儔浩鬏斎腚妷篣2與輸入電壓U1，原副線圈匝數(shù)n1，n2之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)方法并指出由于時間的關(guān)系，主要探究U2和U1之間的關(guān)系學(xué)生回答：控制變量發(fā)實(shí)驗(yàn)過程：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在學(xué)案上。由一組學(xué)生上臺將數(shù)據(jù)記錄在excel文檔中，并介紹通過列表法得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。教師將數(shù)據(jù)繪制成U2與U1的圖像，得出U2與U1成正比。而比值的關(guān)系，由6個實(shí)驗(yàn)小組，所選的匝數(shù)幾乎都不相同，而電壓之比都等于匝數(shù)之比可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍之內(nèi)，學(xué)生上臺將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在電腦中，并分享自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的全過程，并從中自己的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷中得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。誤差分析：實(shí)驗(yàn)中有誤差，要認(rèn)真分析誤差存在的原因，先分析能量轉(zhuǎn)化的方式?；顒樱赫埬猩团饕蝗松吓_抬鐵芯，其中男生的變壓器接了交流電源，女孩的變壓器沒有。觀察兩人抬鐵芯時的區(qū)別。能量以電能→磁場能→電能的方式轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化過程中效率達(dá)不到100%，可能損失在哪些地方。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)。理想變壓器：變壓器工作時，電能與磁場能之間的轉(zhuǎn)化是主要因素，伴隨而來的能量損失是次要因素，突出主要因素，忽略次要因素可將實(shí)際變壓器抽象出理想變壓器。理想化的研究方法是物理學(xué)習(xí)中的重要方法。學(xué)生踴躍上臺嘗試，女生抬鐵芯表現(xiàn)很輕松，而男生很吃力。學(xué)生認(rèn)真觀察并思考原因?；钴S課堂氣氛，從男女生的對比活動中體驗(yàn)磁場能的存在，同時通過親身體驗(yàn)感受鐵芯是不帶電的。讓學(xué)生對閉合鐵芯鐵芯的作用有更加深刻的認(rèn)識。反思改進(jìn)：分析誤差的目的是為了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)變壓器，人類的生存發(fā)展離不開能源。課后思考問題1：如何提高變壓器效率？減少能量損耗。學(xué)生思考培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)化境、節(jié)約能源的意識。理論推導(dǎo)：從理論上嚴(yán)密地推導(dǎo)理想變壓的電壓規(guī)律。學(xué)會利用電磁感應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行推導(dǎo)。培養(yǎng)學(xué)生猜想、實(shí)驗(yàn)、理論推導(dǎo)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。提問：理想變壓器原、副線圈的電流有什么大小關(guān)系？通過實(shí)驗(yàn)和理論分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。再次通過能量的角度分析理想變壓器的電流關(guān)系。學(xué)生提出自己的猜想和依據(jù)培養(yǎng)學(xué)生建立能源觀念，感受能量守恒定律在大自然中的重要地位。學(xué)以致用學(xué)以致用一：桌面上有220V轉(zhuǎn)12V的電源變壓器請問哪個是原線圈，哪個是副線圈？提問：為什么高壓原線圈導(dǎo)線細(xì)？總結(jié)：高壓原線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)；低壓副線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗，體積近似相等。體現(xiàn)了大自然的和諧與統(tǒng)一。學(xué)生仔細(xì)觀察，判斷匝數(shù)多的為原線圈，匝數(shù)少的為副線圈。觀察導(dǎo)線的粗細(xì)與最大允許通過的電流之間的關(guān)系，得出結(jié)論，因?yàn)楦邏涸€圈匝數(shù)多，電流小，選擇細(xì)導(dǎo)線則可。學(xué)以致用，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解，同時將物理與生活實(shí)際聯(lián)系起來，貼近生活，感受物理從生活中來，到生活中去。將小小的物理內(nèi)容上升到大自然的高度，體會自然界的和諧美。學(xué)以致用二：解釋導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)1.手機(jī)輸出了攜帶了聲音信息的變化電流，由于電磁感應(yīng)的原因，所以副線圈中感應(yīng)出電流，音響播放出歌聲。2.當(dāng)線圈匝數(shù)發(fā)生變化時，輸出電壓發(fā)生變化，聲音響度發(fā)生變化。3.但可以注意到，聲音的音調(diào)并沒有發(fā)生變化，即輸出電壓的頻率沒有發(fā)生變化。聯(lián)系下節(jié)在遠(yuǎn)距離輸電的過程中，離不開變壓器，變壓器在遠(yuǎn)距離送電的過程中起到什么作用，這個內(nèi)容，我們下節(jié)課繼續(xù)分析。十、板書設(shè)計(jì)§5.4變壓器變壓器結(jié)構(gòu)原理：電磁感應(yīng)條件：交流電實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹椒ā鷮?shí)驗(yàn)→結(jié)論→分析→改進(jìn)理想變壓器（只有一個副線圈）十一、教學(xué)反思本節(jié)課有學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，時間難以把控，如果節(jié)奏把握不當(dāng)可能會影響教學(xué)進(jìn)度。十二、教學(xué)創(chuàng)新1.注重實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：一般的實(shí)驗(yàn)是利用變壓器改變電壓，而本節(jié)課的輸入電源是攜帶了聲音信息的電信號，更具有趣味性。一方面能促進(jìn)學(xué)生對變壓器原理的理解，同時通過實(shí)驗(yàn)觀察聲音的響度和音調(diào)，讓學(xué)生意識到變壓器只改變電壓的大小，不改變電壓的頻率。2.注重在真實(shí)情境中，進(jìn)行問題解決，在教學(xué)中引入原始物理問題。3.滲透科學(xué)方法教育，通過實(shí)際問題解決培養(yǎng)學(xué)生科思維能力本節(jié)課教學(xué)中滲透了實(shí)驗(yàn)觀察法、歸納總結(jié)法、控制變量法等多種科學(xué)方法，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力與空間想象能力。4.關(guān)注學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升核心素養(yǎng)：本節(jié)課以科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)為形式，讓學(xué)生在解決問題的過程中，充分參與課堂，在情景化的學(xué)習(xí)中完成了知識的自我建構(gòu)，提升了獲取知識的能力，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。課后篇素養(yǎng)形成必備知識基礎(chǔ)練1.鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖甲所示。圖甲中電流表的讀數(shù)為1.2A,圖乙中用同一電纜線繞了3匝,則()A.這種電流表能測直流電流,圖乙的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測交變電流,圖乙的讀數(shù)為0.4AC.這種電流表能測交變電流,圖乙的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測直流電流,又能測交變電流,圖乙的讀數(shù)為3.6A解析鉗形電流表的工作原理是電磁感應(yīng),所以它只能測交變電流,根據(jù)變壓器的原理,I1n1=I0n0,其中n1指鉗形電流表內(nèi)部線圈的匝數(shù),n0指待測電流導(dǎo)線的匝數(shù),I1指外接電流。當(dāng)在圖乙中用同一電纜線繞了n0'=3匝,則滿足I2n1=I0n0',解得I2=3I1=3.6A。答案C2.(多選)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1,以下說法中正確的是()A.穿過原、副線圈每一匝磁通量之比是10∶1B.穿過原、副線圈每一匝磁通量的變化率相等C.原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為10∶1D.正常工作時原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1解析對于理想變壓器,穿過兩個線圈的磁通量相同,磁通量變化率相同,每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等,輸入功率等于輸出功率。答案BD3.如圖所示,可以將電壓升高供給電燈的變壓器是圖()解析變壓器應(yīng)該接在交流電路中,升壓變壓器副線圈的匝數(shù)應(yīng)大于原線圈的匝數(shù)。答案C4.在變電站里,經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流,所用的器材叫電流互感器。如圖所示的四個圖中,能正確反映其工作原理的是()解析電流互感器應(yīng)是測電流的,應(yīng)串聯(lián)在火線上,故選項(xiàng)B、D錯誤;同時,由I1n1=I2n2知,要使I2<I1,須使n2>n1,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)C錯誤。答案A5.如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1,原線圈接正弦交流電源,副線圈接入“220V60W”燈泡一只,且燈泡正常發(fā)光,則()A.電流表的示數(shù)為3220B.電流表的示數(shù)為32C.電源輸出功率為1200WD.原線圈端電壓為11V解析由題意知流經(jīng)副線圈的電流I2=60220A=311A,則電流表的示數(shù)為I1=3220A,選項(xiàng)A正確、B錯誤;因?yàn)槭抢硐胱儔浩?故電源輸出的功率等于燈泡消耗的功率,選項(xiàng)C錯誤;由U1=201×220V=4400V知答案A6.如圖所示,一輸入電壓為220V、輸出電壓為36V的變壓器副線圈燒壞。為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù),某同學(xué)拆下燒壞的副線圈,用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈,然后將原線圈接到220V交流電源上,測得新繞線圈兩端的電壓為1V,按理想變壓器分析,該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為()A.1100,360 B.1100,180C.2200,180 D.2200,360解析由U1∶U2∶U3=n1∶n2∶n3,可得n1=U1U3n3=1100,n2=U2U答案B7.現(xiàn)用電壓為380V的正弦式交變電流給額定電壓為220V的電燈供電,以下電路中不可能使電燈正常發(fā)光的是()解析由圖可知,A、B中均有電阻分壓,可以使電燈正常發(fā)光;C為降壓變壓器,通過變壓器降壓也可以使電燈正常發(fā)光;D為升壓變壓器,電燈兩端的電壓不會小于380V,不可行。答案D8.當(dāng)變壓器一個線圈的匝數(shù)已知時,可以用下面的方法測量其他線圈的匝數(shù):把被測線圈作為原線圈,用匝數(shù)已知的線圈作為副線圈,通入交變電流,測出兩線圈的電壓,就可以求出被測線圈的匝數(shù)。已知副線圈有400匝,把原線圈接到220V的線路中,測得副線圈的電壓是55V,求原線圈的匝數(shù)。解析理想變壓器原副線圈的電壓與匝數(shù)成正比,由U1U2=n1n2得n1=答案1600關(guān)鍵能力提升練9.(多選)如圖所示,L1、L2是高壓輸電線,圖中兩電表示數(shù)分別是220V和10A,已知甲圖中原、副線圈匝數(shù)比為100∶1,乙圖中原、副線圈匝數(shù)比為1∶10,則()A.甲圖中的電表是電壓表,輸電電壓為22000VB.甲圖是電流互感器,輸電電流是100AC.乙圖中的電表是電壓表,輸電電壓為22000VD.乙圖是電流互感器,輸電電流是100A解析題圖甲是電壓互感器,題圖甲中的電表是電壓表,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知輸電電壓為22000V,A對,B錯;題圖乙是電流互感器,題圖乙中的電表是電流表,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比可得輸電電流是100A,C錯,D對。答案AD10.如圖甲、乙所示的電路中,當(dāng)A、B接有效值為10V的交流電壓時,C、D間電壓的有效值為4V;當(dāng)M、N接10V直流電壓時,P、Q間的電壓也為4V?，F(xiàn)把C、D接有效值為4V交流電壓,P、Q接4V直流電壓,下列表示A、B間和M、N間電壓的是()A.10V,10V B.10V,4VC.4V,10V D.10V,0解析題圖甲是一個自耦變壓器,當(dāng)A、B作為輸入端,C、D作為輸出端時,是一個降壓變壓器,兩邊的電壓之比等于兩邊線圈的匝數(shù)之比。當(dāng)C、D作為輸入端,A、B作為輸出端時,是一個升壓變壓器,電壓比也等于匝數(shù)比,所以C、D接有效值為4V交流電壓時,A、B間將得到有效值為10V交流電壓。題圖乙是一個分壓電路,當(dāng)M、N作為輸入端時,上下兩個電阻上的電壓跟它們電阻的大小成正比。但是當(dāng)把電壓加在P、Q兩端時,電流只經(jīng)過下面那個電阻,上面的電阻中沒有電流通過,M、P兩端也就沒有電勢差,即M、P兩點(diǎn)的電勢相等。所以當(dāng)P、Q接4V直流電壓時,M、N兩端的電壓也是4V。如果M、N或P、Q換成接交流電壓,上述關(guān)系仍然成立,因?yàn)榻蛔冸娏髟诩冸娮桦娐分袣W姆定律仍然適用。答案B11.(多選)如圖所示為一理想變壓器,n1為原線圈,接一正弦交流電,n2=n3,在n2、n3兩個線圈上分別獲得35V電壓。要想得到70V電壓,c、d、e、f連接方式為 ()A.d、e連在一起,c、f為輸出端B.c、f連在一起,e、d為輸出端C.e、c連在一起,f、d為輸出端