第四節《變壓器》教學設計
一、教學思路
“變壓器”的教學圍繞“變壓器為什么能改變電壓”變壓器是怎樣改變電壓、電流等問題為線索來展開教學過程，采用定性分析和定量相結合，理論推導和實驗驗證相結合的方法，先使學生理解互感現象，再通過學生探究活動，驗證電壓與匝數的關系，邂逅通過法拉第電磁感應定推導出電壓與線圈匝數之間存在的關系。
教材分析：教材是落實課程標準、實現教學目標的重要載體，新教材的特點之一是“具有基礎性、豐富性和開放性。”即學習內容是基礎而豐富的，呈現形式是豐富而開放的。本節教材配有小實驗，思考與討論，簡明扼要的文字說明，貼近生活的圖片生動而形象，開闊眼界的科學漫步。教材對變壓器原理的表述比較淺，在處理時要將這部分內容情境化，將靜態知識動態化，利于學生理解透徹。
學生分析：學生通過前面《電磁感應》整章的學習，已經對磁生電以及渦旋電流有了基本的掌握，在《交流電 》前兩節的學習，對交流電的特點也比較清楚，已經基本具備了學習變壓
器這一節內容的必備知識。但對變壓器原線圈兩端的電壓與原線圈產生的電動勢大小關系這一知識點比較欠缺，在教學中需作出補充提示。
二、教學目標
1、知識與技能：
１）知道變壓器的基本構造
２）理解變壓器的工作原理
３）探究并應用變壓器的各種規律
2、 過程與方法：
１）能熟練應用控制變量法解決多變量問題
２）進一步掌握科學探究的一般思路
3、 情感態度與價值觀：
１）通過實驗探究，體會科學探索的過程，激發探究物理規律的興趣
２）通過真實操作和記錄，獲得團隊合作精神的體驗和實事求是的科學態度
三、教學重難點
教學重點：變壓器工作原理及工作規律．
教學難點：（l）理解副線圈兩端的電壓為交變電壓．
（2）推導變壓器原副線圈電流與匝數關系．
（3）掌握公式中各物理量所表示對象的含義．
重難點的突破措施：
（l）通過演示實驗來研究變壓器工作規律使學生能在實驗基礎上建立規律．
（2）通過理想化模型建立及理論推導得出通過原副線圈電流與匝數間的關系．
（3）通過運用變壓器工作規律的公式來解題使學生從實踐中理解公式各物理量的含義．
四、教學媒體
變壓器模型、學生電源、閉合鐵芯、小燈泡、導線、多媒體等
五、教學過程
（一）知識回顧：
1、什么是互感現象？
2、利用互感現象可以把 從一個線圈傳遞到另一個線圈，變壓器就是利用 制成的。
首先通過兩個問題復習前面學過的電磁感應知識，給學生知識上的準備，
（二）新課講授
1、新課導入
（1）在實際使用中,我們常常需要不同電壓的交流電.如表所示:
用電器 | 額定工作電壓 | 用電器 | 額定工作電壓 |
隨身聽 | 3V | 機床上的照明燈 | 36V |
掃描儀 | 12V | 防身器 | 3000V |
手機充電器 | 4.2V | 黑白電視機顯像管 | 幾萬伏 |
錄音機 | 6V | 彩色電視機顯像管 | 十幾萬伏 |
| | | |
平常市電的電壓是220伏,那該怎么辦呢 ——我們需要變壓器.(讓學生體會到變壓器作用的實際意義)
（2）多媒體展示變壓器的種類和式樣（讓學生對實際變壓器有感性認識）；
（3）引導學生觀察可拆變壓器的構造，并通過示意圖明確下列概念：
原線圈——與電源相連，輸入電壓U1，線圈匝數為n1
副線圈——與用電器相連，輸出電壓U2，線圈匝數為n2
鐵芯——有何特點？
變壓器是如何變壓的呢？有什么規律？這就是我們今天要探究的課題。
2、實驗探究變壓器的變壓規律
（1）引導學生討論探究的方案
猜測原副線圈的電壓與什么因素有關,由法拉第電磁感應定律公式可能想到與線圈匝數有關.
實驗儀器為學生電源(低壓交流12V),可拆變壓器,多用電表(交流電壓檔);設計并畫出實驗電路圖;設計實驗操作步驟;記錄實驗數據,可以設計一個表格.
（2）學生分組實驗----控制變量法
保持原線圈電壓和匝數不變,改變副線圈匝數,研究副線圈匝數對副線圈電壓的影響;
保持原線圈電壓和副線圈匝數不變,改變原線圈匝數,研究原線圈匝數對副線圈電壓的影響.
(3) 引導學生分析數據,并歸納出:原線圈電壓和匝數不變時,副線圈匝數越多,U2 越大.原線圈電壓和副線圈匝數不變時,原線圈匝數越少,副線圈電壓越高.在實驗誤差范圍內,原副線圈電壓比跟原副線圈的匝數比成正比.
3、理論推導
（1）理想變壓器模型的建立
在變壓器的電磁感應過程中,電能和磁能的相互轉化是最主要的因素,而伴隨而來的損耗是一些次要因素.為了研究的方便,我們突出主要因素,忽略次要因素.這是科學研究的一種常用方法.那么我們可以把實際的變壓器抽象成理想變壓器——一個沒有能量損耗的理想變壓器.
（2）變壓器主副線圈電壓、電流、功率關系推導
法拉第電磁感應定律的應用（回避源電動勢和反電動勢疊加的過程、相位差問題），注意兩邊磁通量相等--
E1 = n1 E2 = n2 =
對于理想變壓器，導線電阻可以忽略，故 U1 = E1 ，U2 = E2 （副線圈看成一個電源，電動勢等于路端電壓）。所以=
即：理想變壓器原副線圈的電壓之比等于兩個線圈的匝數比。
如果n2＞n1 ，則輸出電壓高，稱升壓變壓器；
如果n2＜n1 ，則輸出電壓低，稱降壓變壓器。
思考：如果原線圈通入的是直流電，能否實現變壓？
功率和電流關系 功率 P1 = P2
電流 =
分組討論1：討論右圖所示變壓器的電壓、功率和電流的關系
（結論：=，=；P1 = P2 + P3 ；n1I1 = n2I2 + n3I3）
分組討論2：討論右圖所示變壓器的電壓、功率&電流的關系（設兩個副線圈的磁通分配相同）
（結論：=，=；P1 = P2 + P3 ；2n1I1 = n2I2 + n3I3）
小結：從以上的探討我們發現，變壓器的電壓關系和電流關系并不是用一個正比和反比可以簡單地概括，而是會隨著變壓器結構的改變而改變，但是，萬變不離其宗，能量守恒定律和法拉第電磁感應定律總是適用的。
4、規律應用
【例1】理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈的匝數分別為n1=2200匝、n3=440匝，電源電壓為U1=220V，n3上連接的負載電阻R=8.8Ω， n2上連接的燈泡“110V 110W”正常發光。求原線圈中的電流I1和n2。
【例2】如圖所示M為理想變壓器，原副線圈匝數比為22：1，電源電壓u＝311sin314t V不變，變阻器R的最大阻值為10Ω。求（1）當變阻器的滑動頭P從最下端向上移動時，各個電表讀數如何變化？（2）變阻器R接入副線圈時電流表A1的最小讀數（3）如果變阻器R斷路，電流表A1的讀數又是多大？
討論原副線圈各個物理量變化的決定因素
輸入電壓U1決定輸出電壓U2
輸出功率P2決定輸入功率P1
在U1、N1、N2一定的情況下，輸出電流I2決定I1
5、總結全課
在本節課學習中,我們學到了哪些知識 使用了哪些思想方法 請同學們總結歸納.
變壓器：主要由鐵芯和原、副線圈組成，理想變壓器的基本規律是
（1）任何兩組線圈的端電壓與其匝數成正比，即
可見，電壓僅與匝數有關，與負載無關，且同一個變壓器各線圈的"每伏匝數"必相等。
（2）輸入功率等于輸出功率
因此，當副線圈所接負載變化時，副線圈的電流變化，原線圈的輸入功率隨之變化。
（3）輸入端的安匝數等于輸出端安匝數之和，即
當僅有一組原副線圈時可簡化為
6、作業布置：
（1）課后習題：2、3
（2）思考：如何測量高壓線上的交流電壓
六、教學評價
教材要求由實驗得出理想變壓器的變壓規律，做好實驗是本節教學的關鍵．為了培養學生根據實驗研究物理規律的能力，建議實驗分兩步進行．第一步，在法拉第電磁感應定律的指導下，定性了解副線圈兩端的電壓與副線圈匝數有關系，從而確定第二步的研究方向：變壓器的輸入、輸出電壓及原、副線圈匝數的關系．第二步，介紹線圈和它的匝數，演示輸入電壓變化時輸出電壓（在空載條件下進行測量）變化的規律．實驗數據應分布在黑板上，給學生提供分析和處理實驗數據的條件，從而得到理想變壓器的變壓公式．
七、教學板書
第四節 變壓器
（一）變壓器構造及原理
（二）實驗探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系
（三）理論推導變壓器主副線圈電壓、電流、功率的關系
（四）例題講評、總結
八、教學反思
重視問題情境的創設和學生思維動機的激發,引導學生主體積極參與教學,主動地探究和建構知識,是優化本課題教學過程的有效途徑，教學中要重視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,探究能力的培養.要力圖將本課題的教學轉變成為師生共同參與的啟發式問題探究課,在教學中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,通過積極創設問題情境,力求使實驗與思維有機結合,層層遞進,使學生始終處于積極參與
探究的狀態之中,充分展現物理課教學的特點和魅力.
九、教學資源
變壓器是交流電路中常見的一種電器設備，也是遠距離輸送交流電不可缺少的裝置．學習變壓器可以使學生了解電磁感應現象的廣泛應用，開拓學生視野，提高學習物理的能力和興趣，學習變壓器能夠從能的轉化和傳遞的角度進一步強化對電磁感應現象的認識，并為學習遠距離輸電奠定基礎．可拆變壓器工作時，由于漏磁銅損、鐵損較大，效率不高（低于60％），不能視為理想變壓器．為了不影響演示效果，在設計可拆變壓器時，已適當增加副線圈匝數作為補償．教材從變壓器工作時能量損耗忽略不計這一理想條件出發，通過理論推導得出變壓器的交流規律，因而掌握理想變壓器的輸出功率與輸入功率的關系成為教學的關鍵問題．用演示實驗驗證功率相等關系和電流比公式是有困難的，因為在實驗條件下，傳輸功率小，變壓器的效率低．但是做定性實驗說明原線圈中的電流隨副線圈電流的增大而增大、輸入功率隨輸出功率增大而增大，對學生掌握理想變壓器的規律是有好處的．實驗可以避開I2=0，I1≠0的情況，也可以從I1很小這一事實出發，說明實際變壓器效率一般是比較高的．學習幾種常用的變壓器，不僅增加了生產知識，還可提高學生分析、
應用能力．教學過程可采用討論法，充分利用實物（或實物圖）和結構示意圖，適當介紹一些生產知識．
