《变压器》一节的教学实录与反思

卞志荣 薛丽娟

摘要:本文通过“变压器”课堂教学过程的描述和记录讨论新课程理论在课堂教学中的渗透,并在此基础上对本节课的教学主线、教学设计过程,以及学生的学习活动进行分析与反思。

关键词:变压器;教学实录;教学反思

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2009)7(S)-0016-3

新课程注重学生体验,倡导探究,要求教师改变传统教学模式,以学生发展为中心,教学过程充分体现学生的主体作用和教师的主导作用,通过问题激发学生的求知欲和培养创新意识。现以人教版选修3-2第五章第4节“变压器”教学设计为例,谈谈新课程理念在课堂教学中的具体体现。

1 教学过程

师:现只有220V交流电源,要使额定电压为10V的灯泡正常发光,有什么办法?(问题引入)

生1:用若干相同的灯泡串联起来。

师:若只有一个灯泡,怎么办?

生2:用滑动变阻器分压。

师:很好,那还有没有别的办法?

生3:用变压器。(在前面讲自感时提过)

师:这一节课我们就来研究变压器的结构和性质。

师:展示可拆式变压器,引导学生认识变压器的构造,画示意图,指出简记符号。

师:演示实验:将可拆式变压器(变压比4∶1)原线圈接入学生电源交流的输出端,电压调至10V,将额定电压为2.5V的灯泡接在副线圈两端,让学生观察灯泡发光现象。

师:原副线圈既然不直接相连,为什么与副线圈相连的灯泡会亮呢?大家讨论。(引导学生探究变压器的工作原理)

生:这是电磁感应现象。

师:很好,不过你能否再讲具体些,哪里的磁通量发生了变化?

生:原线圈中通了电。

教师:什么电?

生:交流电。它在原线圈中产生交变磁场,交变磁场通过铁芯穿过副线圈,副线圈中磁通量变化产生感应电动势。电路闭合,就有电流通过,因此灯泡就亮了。

师:很好,请坐。

师:请同学们再思考一个问题:既然副线圈中有感应电流产生,这个电流产生的磁场,它会反过来影响原线圈中的磁场吗?

生:会的。

师:通过大家的分析,变压器的工作原理概括为:互感 。

师:假如原线圈接入10V直流电,大家猜猜看,小灯泡会不会发光?为什么?

生:不会,因为磁通量不变。

师:完全正确。

教师演示10V直流电接入的情况,并得出结论:变压器只能改变交流电,而不能改变直流电。

师:大家再看,当我断开直流电源时,会发生什么现象?如何解释吗?

生:灯泡闪亮一下。因为断开瞬间原线圈电流突然减小使副线圈中磁通量随之减小,这样就产生了较大的感应电动势,于是灯泡闪亮。

师:很好,请再看一个实验:把原线圈改接交流10V,观察当把可拆式变压器上方横着的铁芯移走时,又有什么现象发生。

生:灯泡明显变暗。

师:为什么呢?大家讨论。(当学生回答不够准确时,教师启发并引导并共同讨论)

师:灯泡为什么会变暗?可以有这样的思考:灯泡变暗→副线圈中感应电动势变小→磁通量变化率变小→由铁芯移走带来的结果→铁芯的作用:磁路(减少漏磁)。

师:灯泡发光,说明电源的电能通过变压器传给了灯泡,在这个过程中有没有电能损失呢?在哪些部分有损失?

生:有,原副线圈有电阻要发热(铜损)、铁芯发热(铁损),还有铁芯漏磁。

师:铁芯与线圈是绝缘的,铁芯为什么会发热呢?

生:产生涡流。

师:很好!变压器总是有能量损耗的,中学阶段一般只讨论理想情形:没有铜损、铁损和漏磁的变压器。

师:既然理想变压器原副线圈中的磁通量变化率相同,那么原副线圈两端的电压间有什么关系呢?你能设计方案寻找它们之间电压关系吗?

生:方案一:U1一定,改变匝数,测量U2;

方案二“匝数一定,改变U1 ,测量U2。

师:的确,可以利用控制变量法解决问题,而且这两种方案都可行。我设计了另一种方案:原线圈匝数不变,改变U1和n2,测出电压U1和U2。

师:下面请两位同学到讲台前面来测电压U1和U2,其他同学记录并分析测量结果是否存在什么规律性。(实验注意:课前实验发现原线圈两端电压太小或太大,产生的误差较大,因此选取4V、6V、8V和10V左右为好)

视频展示以下表格:

说明:(1)此式只适用于一个副线圈; (2)电流大的线圈用粗铜线绕制。

师:我们已共同研究了理想变压器的电压比公式、交流比公式以及功率关系,同学们看下面两个问题。

问题1:如图1所示,理想变压器原、副线圈匝数比为4∶1,平行金属导轨与原线圈相连,当导体棒ab在匀强磁场中匀速运动时,电流表A1示数为12mA,则电流表A2示数为______mA。

师:说明了变压器不能改变直流电。

变式讨论:若导体ab在匀强磁场中匀加速运动时,A2有示数吗?是否变化呢?

问题2:如图2所示,变压器为理想变压器,交流电源电压恒定,灯泡L1串联在原线圈回路中,灯泡L2、L3为副线圈的负载,开关S断开时,灯泡L1、L2的亮度与断开前相比:

A.L1亮度不变

B.L1的亮度减弱

C.L2亮度不变

D.L2亮度增强

生:选B、D

2 教学设计与反思

(1)本节课紧紧围绕一条主线:什么是变压器→变压器副线圈为什么有电压→变压器为什么能改变电压→变压器怎样改变电压、电流→理想变压器原副线圈的电压、功率、电流有什么关系,以此展开教学,思路清晰。

(2)对于变压器工作原理的教学,应该积极引导学生从电磁感应角度理解。为此,我设计了原线圈分别接10V交流电压和直流电压,让学生观察副线圈两端的灯泡发光情况;启发学生思考为什么原、副线圈之间没有载流导线的连接,副线圈中还可以输出电流;使学生再次体会交流电与恒定电流的区别以及交变电流的优点。学生了解变压器的工作原理不仅可以深化对电磁感应的理解,也为后面理论推导电压比公式以及解决“日”字形铁芯变压器等问题奠定了基础。

(3)理想化是科学研究中常用的一种方法,让学生建立起理想变压器的模型也是教学难点之一。为了突破这一难点,教学中用可拆式变压器巧妙设计了一个实验,让学生观察到在移走上方铁芯前后,小灯泡亮度明显的变化,从而引出需要解决的问题:铁芯的作用——减少漏磁;接着从能量转换角度,说明变压器把电能通过磁场能再转换成电能,追问这一过程中有无能量损失,引出铜损和铁损的概念,进而得出理想变压器的概念,这样自然就得出了变压器输入和输出的功率关系。

(4)探究变压比与匝数比的关系既是本节课的重点又是难点。不能仅从理论上进行推导,应该让学生通过实验探究,体验过程,获得感性认识,进而激发学习兴趣,感悟科学的探究方法。为此,教学时教师的重点应放在如何引导学生讨论并设计探究方案,进行实验测量数据,对其分析得出结论等方面。

(5)为了充分体现学生的主体作用,实现三维目标,教师通过设计一系列实验和程序式问题来激发学生积极思维和主动参与,教师只在其中引导、启发和调控,做学生学习的合作者。从课题引入就强调改变以教师讲授为中心,学生被动接受事实的传统方法,而是通过提出实际问题激趣诱思,解决问题,导入新课。课堂中师生平等对话、教师激励评价,教学过程充满了活力,学生真正感受到学习的乐趣,在一定程度上体现了三维目标。

(6)由于本节课增加了演示实验、探究实验、学生课堂讨论等活动,时间比较紧张。教师必须做到语言简练,问题过渡紧凑,演示实验操作熟练,否则,上述教学设计将不能顺利完成。

(7)本节课讲完后还安排了一节习题课,主要讨论以下几个问题: ①变压器工作时几个制约关系;②多个副线圈的变压器电压、电流和功率关系;③常见几种变压器,包括自耦变压器、调压变压器、电压和电流互感器。

(栏目编辑赵保钢)