探究变压器电压与匝数的关系

一、  教学目标

1知识目标:掌握变压器的原理,能够利用实验探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。

2能力目标:通过实验探究,锻炼学生的动手操作能力,培养学生对实验原理和方法的迁移能力和利用已知知识解决实际问题的能力。

3情感目标:在学生讨论与交流的基础上组织学生进行探究性实验,通过实际操作、数据记录、数据处理等培养学生利用实验解决物理问题的能力,激发学生学习物理的兴趣。

二、    案例设计

(一)引入新课

在上一节课中,我们已经学习了变压器的结构组成和变压器工作的原理,并且通过实验发现把两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连到交流电源的两端,另一个线圈连到小灯泡上,灯泡就会发亮。今天我们要在原来学习的基础上更深入了解变压器线圈两端的电压与匝数的关系。

(二)新课教学

 实物投影:变压器的组成、小灯泡发亮。

:变压器由原、副线圈和闭合的铁芯构成;两个没有用导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上,一个线圈连到交流电源的两端,另一个线圈连到小灯泡上,小灯泡就会发亮。

:我们如何应用桌面上的实验器材设计一个实验来探究变压器两端的电压与匝数的关系。在实验探究之前必须做哪些的准备,以及在实验过程中可能碰到哪些问题呢?请同学们分小组讨论。

     器材:可拆式变压器、低压交流电源、开关(1个)、小灯泡(1个)、多用电表(2个)、导线(若干条)

学生思考并讨论5分钟

师:好,现在请一些同学把讨论的结果拿来一起分享。

生:我们的思路是利用小灯泡的亮暗定性判断变压器两端的电压随着线圈匝数的变化情况。实验准备:1.设计实验电路图。2.连接实验实物图。3.设计一个处理实验观察结果的表格。4.根据实验的观察的结果再归纳总结。

生:我们认为可以直接利用两个电压表定量判断变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系。实验准备:1.设计实验电路图。2.连接实验实物图。3.设计一个处理实验观察结果的表格。4.根据实验的观察的结果再归纳总结。

我们的想法跟前两组基本上是一致的,我们可以先做定性判断再做定量总结。实验准备也基本一样,不过我们还认为实验过程中我们可能会遇到变压器两端的电压超过它本身的量程,所以我们还必须注意选择交流电源和变压器的量程问题。

师:很好,刚才每组的同学都做了讨论并做了非常精彩的讨论总结。大体我们的讨论结果分为两种方案,分别是:1.利用小灯泡定性判断变压器线圈两端的电压与匝数的关系;2.利用多用电表定量判断变压器线圈两端的电压与匝数的关系。这两种思路都是非常好的,在今天所提供的实验器材中都是可以完成的。而且同学们也提出了实验的准备和注意的事项。在这里再补充几点:

1)实验前的准备:

a.设计实验电路图,先写步骤;

       b.明确你们所需测量和记录的实验数据,设计好实验数据填写所需的表格;

    c.明确实验可能遇到的几个问题,比如:量程的选择。

2)实验时的建议:

a.由于有两组线圈,我们要研究时应该利用控制变量法,先保持原线圈的匝数不变,改变副线圈的匝数,研究其对副线圈电压的影响。然后再保持副线圈的匝数不变,研究原线圈对副线圈电压的影响。(电路上要标出两个线圈的匝数、原线圈欲加电压的数值且要事先推测副线圈两端电压的可能数值)

    b.连接电路后要同组的几位同学可以各自独立检查后可接通电源。

    c.为了人身安全,我们使用低压交流电源,所用电压不要超过12V

       d.为了多用表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。

                   e.得出探究结果后,要力求用准确而精练的语言把它表述出来。如果可能,最好用数学式来表示。

师:现在请同学们开始进行实验探究

学生进行实验探究:教师观察学生的实验操作,给予指导。

实验探究结束

师生探讨如何利用小灯泡定性判断变压器线圈两端的电压与匝数的关系

 

数据记录表格处理(记录:A —副线圈两端小灯泡的亮暗情况,N1—原线圈匝数, N2—副线圈匝数)

A

N2

 

 

     

N1                    

100

200

400

      100

    

      比较亮

    

      200

     比较暗

     

     比较亮

      400

     很暗

      比较暗

    

通过实验结果分析可知:当原线圈匝数不变时,副线圈的匝数越多小灯泡越亮,表明其两端的电压越大;当副线圈的匝数不变时,原线圈的匝数越多小灯泡越暗,表明其副线圈的电压越小。

很好,这是A组同学得出的实验结论,他们定性判断变压器线圈两端的电压与匝数的关系。而BC两组同学做的都是利用多用电表定量判断变压器线圈两端的电压与匝数的关系。现在我们来听听他们的看法。

数据表格处理(记录原、副线圈的匝数N1N2以及原、副线圈两端的电压U1U2

原线圈匝数

N1(匝)

100

200

400

800

副线圈匝数

N2(匝)

800

400

200

100

原线圈两端的电压U1V

0.96

4.9

7.9

15.8

原线圈两端的电压U2V

7.9

9.8

3.8

1.94

N1/N2

1/8

1/2

2

8

U1/U2

1/8

1/2

2

8

师生探讨结论的推广:在误差允许的范围内,变压器线圈两端的电压与匝数成正比。

数学表达式:U1/U2=N1/N2

(三)、课后思考

1、注意事项:实验中有哪些因素可能影响实验结果?你打算如何控制这些因素?为了减小实验误差,实验中应注意哪些问题?

2、理论推导:请根据法拉第电磁感应定律、能量转化以及互感现象从理论上推导变压器线圈两端的电压与匝数的关系。

三、   教学案例反思

本节课教学设计以“探究型教学法”力图让学生在学习知识的同时发展学生的思维能力和创新能力,为学生智力的锻炼与开发创造良好条件。在实际操作中,由于学生个体存在差异,学生设计的实验方案不够完美,甚至是错误的。但由于每个学生都积极参与了建立物理规律的全过程,付出过艰辛的劳动,所以同学们对整个过程十分熟悉,感到自然真切,对所得结论理解透彻,记忆持久,运用自如,尤其是变被动地接受知识为主动去探究新知。其兴趣、注意力和科学态度就在无意识中得到增强。

本节课教学设计特点:教学以探究为主线开展各种活动,分为实验前准备、实验中探究、实验后总结三部曲。

1)实验前准备:发挥学生的创造性和判断能力,调动学生的学习积极性,培养学生自主学习能力和探究能力。让学生分小组讨论实验的设计方案,讨论后把方案拿来分享,教师肯定学生的设计思路,并在此基础上补充贯穿实验的注意事项。

2)实验中探究:真正做到使学生在“做中学”,对问题认识更全面、更深刻。让学生亲自动手做实验,教师来回走动观察学生的实验过程,及时通过启发、点拨帮助学生克服实验中遇到的困难。

3)实验后总结:让学生在轻松愉悦的学习氛围中,提高严谨的科学思维能力和科学态度。请学生根据实验的数据处理对实验结论进行归纳总结,教师对学生的努力给予肯定并同学生一起探讨得出实验结论再引导学生用精练的语言描述出来。

 

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