《變壓器》一節的教學實錄與反思

卞志榮 薛麗娟

摘要:本文通過“變壓器”課堂教學過程的描述和記錄討論新課程理論在課堂教學中的滲透,并在此基礎上對本節課的教學主線、教學設計過程,以及學生的學習活動進行分析與反思。

關鍵詞:變壓器;教學實錄;教學反思

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2009)7(S)-0016-3

新課程注重學生體驗,倡導探究,要求教師改變傳統教學模式,以學生發展為中心,教學過程充分體現學生的主體作用和教師的主導作用,通過問題激發學生的求知欲和培養創新意識。現以人教版選修3-2第五章第4節“變壓器”教學設計為例,談談新課程理念在課堂教學中的具體體現。

1 教學過程

師:現只有220V交流電源,要使額定電壓為10V的燈泡正常發光,有什么辦法?(問題引入)

生1:用若干相同的燈泡串聯起來。

師:若只有一個燈泡,怎么辦?

生2:用滑動變阻器分壓。

師:很好,那還有沒有別的辦法?

生3:用變壓器。(在前面講自感時提過)

師:這一節課我們就來研究變壓器的結構和性質。

師:展示可拆式變壓器,引導學生認識變壓器的構造,畫示意圖,指出簡記符號。

師:演示實驗:將可拆式變壓器(變壓比4∶1)原線圈接入學生電源交流的輸出端,電壓調至10V,將額定電壓為2.5V的燈泡接在副線圈兩端,讓學生觀察燈泡發光現象。

師:原副線圈既然不直接相連,為什么與副線圈相連的燈泡會亮呢?大家討論。(引導學生探究變壓器的工作原理)

生:這是電磁感應現象。

師:很好,不過你能否再講具體些,哪里的磁通量發生了變化?

生:原線圈中通了電。

教師:什么電?

生:交流電。它在原線圈中產生交變磁場,交變磁場通過鐵芯穿過副線圈,副線圈中磁通量變化產生感應電動勢。電路閉合,就有電流通過,因此燈泡就亮了。

師:很好,請坐。

師:請同學們再思考一個問題:既然副線圈中有感應電流產生,這個電流產生的磁場,它會反過來影響原線圈中的磁場嗎?

生:會的。

師:通過大家的分析,變壓器的工作原理概括為:互感 。

師:假如原線圈接入10V直流電,大家猜猜看,小燈泡會不會發光?為什么?

生:不會,因為磁通量不變。

師:完全正確。

教師演示10V直流電接入的情況,并得出結論:變壓器只能改變交流電,而不能改變直流電。

師:大家再看,當我斷開直流電源時,會發生什么現象?如何解釋嗎?

生:燈泡閃亮一下。因為斷開瞬間原線圈電流突然減小使副線圈中磁通量隨之減小,這樣就產生了較大的感應電動勢,于是燈泡閃亮。

師:很好,請再看一個實驗:把原線圈改接交流10V,觀察當把可拆式變壓器上方橫著的鐵芯移走時,又有什么現象發生。

生:燈泡明顯變暗。

師:為什么呢?大家討論。(當學生回答不夠準確時,教師啟發并引導并共同討論)

師:燈泡為什么會變暗?可以有這樣的思考:燈泡變暗→副線圈中感應電動勢變小→磁通量變化率變小→由鐵芯移走帶來的結果→鐵芯的作用:磁路(減少漏磁)。

師:燈泡發光,說明電源的電能通過變壓器傳給了燈泡,在這個過程中有沒有電能損失呢?在哪些部分有損失?

生:有,原副線圈有電阻要發熱(銅損)、鐵芯發熱(鐵損),還有鐵芯漏磁。

師:鐵芯與線圈是絕緣的,鐵芯為什么會發熱呢?

生:產生渦流。

師:很好!變壓器總是有能量損耗的,中學階段一般只討論理想情形:沒有銅損、鐵損和漏磁的變壓器。

師:既然理想變壓器原副線圈中的磁通量變化率相同,那么原副線圈兩端的電壓間有什么關系呢?你能設計方案尋找它們之間電壓關系嗎?

生:方案一:U1一定,改變匝數,測量U2;

方案二“匝數一定,改變U1 ,測量U2。

師:的確,可以利用控制變量法解決問題,而且這兩種方案都可行。我設計了另一種方案:原線圈匝數不變,改變U1和n2,測出電壓U1和U2。

師:下面請兩位同學到講臺前面來測電壓U1和U2,其他同學記錄并分析測量結果是否存在什么規律性。(實驗注意:課前實驗發現原線圈兩端電壓太小或太大,產生的誤差較大,因此選取4V、6V、8V和10V左右為好)

視頻展示以下表格:

說明:(1)此式只適用于一個副線圈; (2)電流大的線圈用粗銅線繞制。

師:我們已共同研究了理想變壓器的電壓比公式、交流比公式以及功率關系,同學們看下面兩個問題。

問題1:如圖1所示,理想變壓器原、副線圈匝數比為4∶1,平行金屬導軌與原線圈相連,當導體棒ab在勻強磁場中勻速運動時,電流表A1示數為12mA,則電流表A2示數為______mA。

師:說明了變壓器不能改變直流電。

變式討論:若導體ab在勻強磁場中勻加速運動時,A2有示數嗎?是否變化呢?

問題2:如圖2所示,變壓器為理想變壓器,交流電源電壓恒定,燈泡L1串聯在原線圈回路中,燈泡L2、L3為副線圈的負載,開關S斷開時,燈泡L1、L2的亮度與斷開前相比:

A.L1亮度不變

B.L1的亮度減弱

C.L2亮度不變

D.L2亮度增強

生:選B、D

2 教學設計與反思

(1)本節課緊緊圍繞一條主線:什么是變壓器→變壓器副線圈為什么有電壓→變壓器為什么能改變電壓→變壓器怎樣改變電壓、電流→理想變壓器原副線圈的電壓、功率、電流有什么關系,以此展開教學,思路清晰。

(2)對于變壓器工作原理的教學,應該積極引導學生從電磁感應角度理解。為此,我設計了原線圈分別接10V交流電壓和直流電壓,讓學生觀察副線圈兩端的燈泡發光情況;啟發學生思考為什么原、副線圈之間沒有載流導線的連接,副線圈中還可以輸出電流;使學生再次體會交流電與恒定電流的區別以及交變電流的優點。學生了解變壓器的工作原理不僅可以深化對電磁感應的理解,也為后面理論推導電壓比公式以及解決“日”字形鐵芯變壓器等問題奠定了基礎。

(3)理想化是科學研究中常用的一種方法,讓學生建立起理想變壓器的模型也是教學難點之一。為了突破這一難點,教學中用可拆式變壓器巧妙設計了一個實驗,讓學生觀察到在移走上方鐵芯前后,小燈泡亮度明顯的變化,從而引出需要解決的問題:鐵芯的作用——減少漏磁;接著從能量轉換角度,說明變壓器把電能通過磁場能再轉換成電能,追問這一過程中有無能量損失,引出銅損和鐵損的概念,進而得出理想變壓器的概念,這樣自然就得出了變壓器輸入和輸出的功率關系。

(4)探究變壓比與匝數比的關系既是本節課的重點又是難點。不能僅從理論上進行推導,應該讓學生通過實驗探究,體驗過程,獲得感性認識,進而激發學習興趣,感悟科學的探究方法。為此,教學時教師的重點應放在如何引導學生討論并設計探究方案,進行實驗測量數據,對其分析得出結論等方面。

(5)為了充分體現學生的主體作用,實現三維目標,教師通過設計一系列實驗和程序式問題來激發學生積極思維和主動參與,教師只在其中引導、啟發和調控,做學生學習的合作者。從課題引入就強調改變以教師講授為中心,學生被動接受事實的傳統方法,而是通過提出實際問題激趣誘思,解決問題,導入新課。課堂中師生平等對話、教師激勵評價,教學過程充滿了活力,學生真正感受到學習的樂趣,在一定程度上體現了三維目標。

(6)由于本節課增加了演示實驗、探究實驗、學生課堂討論等活動,時間比較緊張。教師必須做到語言簡練,問題過渡緊湊,演示實驗操作熟練,否則,上述教學設計將不能順利完成。

(7)本節課講完后還安排了一節習題課,主要討論以下幾個問題: ①變壓器工作時幾個制約關系;②多個副線圈的變壓器電壓、電流和功率關系;③常見幾種變壓器,包括自耦變壓器、調壓變壓器、電壓和電流互感器。

(欄目編輯趙保鋼)