高二物理5.4《變壓器》學(xué)案（人教版選修3-2）

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111 5．4 變壓器 教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)與技能 1．知道變壓器的構(gòu)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(shù)的關(guān)系，能應(yīng)用它分析解決有關(guān)問題。 （二）過程與方法 在探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)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(jià)值觀 1．使學(xué)生體會(huì)到能量守恒定律是普遍適用的。 2．培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 重點(diǎn) 探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。 難點(diǎn) 探究變壓比和匝數(shù)比的關(guān)系。 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)探究法、閱讀法、講解法。 教學(xué)手段 學(xué)生電源、可拆變壓器、交流電壓表、交流電流表、燈泡 教學(xué)過程 （一）引入新課 在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要改變交流的電壓.大型發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流，電壓有幾萬伏，而遠(yuǎn)距離輸電卻需要高達(dá)幾十萬伏的電壓。各種用電設(shè)備所需的電壓也各不相同。電燈、電飯煲、洗衣機(jī)等家用電器需要220 V的電壓，機(jī)床上的照明燈需要36 V的安全電壓。一般半導(dǎo)體收音機(jī)的電源電壓不超過10 V，而電視機(jī)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(yīng)各種不同需要。變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備。這節(jié)課我們學(xué)習(xí)變壓器的有關(guān)知識(shí)。 （二）進(jìn)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(gè)線圈并沒有直接接觸，燈泡為什么亮了呢？這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么？ 當(dāng)一個(gè)線圈中同交變電流時(shí)，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)在另一個(gè)線圈中激起感生電場(chǎng)，從而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，燈泡中有了感應(yīng)電流，故燈泡發(fā)光。 實(shí)驗(yàn)說明，通過互感現(xiàn)象，電源的能量可以從一個(gè)線圈傳輸給另一個(gè)線圈。 變壓器就是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈構(gòu)成的。 一個(gè)線圈跟電源連接，叫原線圈（初級(jí)線圈），另一個(gè)線圈跟負(fù)載連接，叫副線圈（次級(jí)線圈）。兩個(gè)線圈都是絕緣導(dǎo)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(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)，如下圖所示： 互感現(xiàn)象時(shí)變壓器工作的基礎(chǔ)。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(chǎn)生交變的磁通量。這個(gè)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如副線圈是閉合的，在副線圈中就產(chǎn)生交變電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中同樣引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。副線圈兩端的電壓就是這樣產(chǎn)生的。所以，兩個(gè)線圈并沒有直接接觸，通過互感現(xiàn)象，副線圈也能夠輸出電流。 變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)有何關(guān)系呢？下面我們通過實(shí)驗(yàn)來探究。 目的：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系 器材：可拆變壓器，學(xué)生電源，多用電表，導(dǎo)線若干 實(shí)驗(yàn)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(shù)n1不變，分別取副線圈匝數(shù)n2=n1，n1，2 n1，用多用電表交流電壓檔分別測(cè)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(shù)n2不變，分別取原線圈匝數(shù)n1=n2，n2，2 n2，用多用電表交流電壓檔分別測(cè)出副線圈兩端的電壓，記入表格。 U1＝6V 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 原線圈匝數(shù)n1 n1 n1 n1 n2 n2 n2 副線圈匝數(shù)n2 n1 n1 2 n1 n2 n2 2 n2 副線圈輸出電壓U2 結(jié)論 （4）總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。 注意事項(xiàng)：（1）連接好電路后，同組同學(xué)分別獨(dú)立檢查，然后由老師確認(rèn)，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(cè)電壓時(shí)，先用最大量程測(cè)試，然后再用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測(cè)量。 2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系 電流通過變壓器線圈是會(huì)發(fā)熱，鐵芯在交變磁場(chǎng)的作用下也會(huì)發(fā)熱。所以，變壓器工作時(shí)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(shí)際上變壓器的工作效率都很高，在一般的計(jì)算中，可以把實(shí)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(guān)系？ 因?yàn)槔硐胱儔浩鳑]有能量損失，所以P出=P入 若理想變壓器只有一個(gè)副線圈，則原副線圈中的電流I1與I2有什么關(guān)系？ 據(jù)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(gè)副線圈時(shí)，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(shí)，副線圈導(dǎo)線應(yīng)比原線圈導(dǎo)線粗一些好，還是細(xì)一些好？降壓變壓器呢？ 因?yàn)樯龎鹤儔浩?，I2I1，所以副線圈導(dǎo)線要比原線圈導(dǎo)線粗一些。 課后請(qǐng)大家閱讀教材47頁“科學(xué)漫步”，了解互感器的工作原理和應(yīng)用。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)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(xiàn)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(shí)例探究 理想變壓器基本規(guī)律 【例1】一個(gè)正常工作的理想變壓器的原副線圈中，下列的哪個(gè)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(yīng)用 【例2】如圖所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)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(shí)，I1將增大 B．保持U1及P的位置不變，K由b合到a時(shí)，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(gè)燈泡規(guī)格相同，且全部正常發(fā)光，求三個(gè)線圈的匝數(shù)比n1∶n2∶n3. （五）鞏固練習(xí) 1．理想變壓器的原線圈的匝數(shù)為110匝，副線圈匝數(shù)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(dāng)理想變壓器副線圈空載時(shí)，副線圈的 （ ） A.負(fù)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(guān)于它們的關(guān)系，正確的是 （ ） A.I2由I1決定 B.U2與負(fù)載有關(guān) 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(jí)線圈的匝數(shù)增加為原來的2倍 B.初級(jí)線圈的匝數(shù)增加為原來的2倍 C.負(fù)載電阻變?yōu)樵瓉淼?倍 D.副線圈匝數(shù)和負(fù)載電阻均變?yōu)樵瓉淼?倍 5．用理想變壓器給負(fù)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(shù) B．增加副線圈的匝數(shù) C．減小負(fù)載電阻R的數(shù)值 D．增加負(fù)載電阻R的數(shù)值 6．在圖所示的電路中，理想變壓器的變壓比為2∶1，四個(gè)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(gè)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(shù)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(shù)比 n1∶n2=2∶1，交流電源電壓U1=220 V，F(xiàn)為熔斷電流為I0=1.0 A的保險(xiǎn)絲，負(fù)載為一可變電阻. （1）當(dāng)電阻R=100 Ω時(shí)，保險(xiǎn)絲能否被熔斷? （2）要使保險(xiǎn)絲不被熔斷，電阻R的阻值應(yīng)不小于多少?變壓器輸出的電功率不能超過多少? 111