理想变压器实验教学模型，本文主要内容关键词为：变压器论文,实验教学论文,模型论文,理想论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人教版新课标教材《变压器》一节的教学内容中，以可拆变压器为主要器材进行实验探究，开展教学活动。由于该实验装置使用市电，存在安全隐患，限制了学生自主探究活动的开展。为克服上述不足，我们设计了如下实验方案，用日常生活中常用的器材，制作成教具应用于教学中，收到了较好的教学效果。
一、实验原理及实验器材
1.实验原理
图1为实验模型的原理示意图。两个没有导线相连的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。变压器就是利用互感现象制成的，它可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。
2.实验器材（见图2）
所需器材：音乐手机，漆包线绕制的原、副线圈（线圈骨架用PVC护线导管制作、漆包线从废旧日光灯电子镇流器的电感线圈上获得，原、副线圈各绕100～150匝），铁氧体磁芯（从废旧彩电行输出中取用），老师课堂教学用的扩音器。
信号连接：将手机输出的音乐信号通过鳄鱼夹与原线圈相连；副线圈与扩音器耳机插头连接，以便能使信号输入到扩音器中。
二、实验步骤
（1）将音乐手机调整为音乐播放状态，打开扩音器，将空心的原、副线圈逐渐靠近（此时可从扩音器中听到较弱的音乐声）。
（2）将原、副线圈依次套在半个铁氧体磁芯上（此时可从扩音器中听到较强的音乐声）。
（3）在步骤（2）之后，将两分立的铁氧体磁芯构成一封闭整体，此时的线圈、铁芯构成一直观的变压器模型（铁芯闭合，扩音器中发出极强的音乐声；铁芯分开，扩音器中的声音瞬间减弱）。
三、现象分析
老师：刚才的实验中，从音量变化的角度看发现了什么？
学生1：两个空心线圈靠近时，从扩音器中能听到声音，但音量较小；当线圈套入半个“U”磁芯上时，音量明显增大；当另半个“U”型磁芯封闭前半个“U”型磁芯时，音量非常大，我都吓了一跳。
老师：哪位同学说说为什么会有这样的变化？
学生2：我认为音乐手机连着的线圈中，通入的音乐电流产生了变化的磁场，这一变化的磁场分布在其周围空间，扩音器连着的线圈处在这一变化的磁场中，由于互感使其产生了电信号，推动扩音器发声。至于声音不大的原因，我认为是手机连着线圈产生的磁场只有很少部分进入到了与扩音器连着的线圈中的结果。
老师：很好！若手机线圈产生的磁场用磁感线来描述的话，你估计有百分之多少进入了扩音器连着的线圈中？
学生3：我估计只有百分之几！
老师：当线圈套入半个“U”型磁芯上时，为何扩音器中的音量会有明显的变化呢？
学生4：从现象的结果来看，我认为磁芯具有聚集磁感线的作用。由于磁芯的作用，音乐手机相连线圈产生的磁感线我认为有百分之几十进入到了与铁芯相连的另一个线圈中。
学生5：当磁芯闭合时，音乐手机相连线圈产生的磁感线几乎百分之百进入到了与铁芯相连的另一个线圈中。
学生6：从上面同学的分析中，我理解了为什么变压器要用铁芯，它的作用就是使原线圈产生的磁通量，能够更多地导入到副线圈中。
老师：同学们分析归纳得很好！变压器是一种电能传输的装置，在传输的过程中，为了尽可能减少能量的损失，有针对性地采取了防患措施。如为了减小磁通量的漏失，将铁芯密闭，使原、副线圈中具有相同的磁通量的变化；为了减小磁通量变化在铁芯中引起的涡流，将铁芯做成叠片状；用铜导线制作原、副线圈，以减小其电阻。这些都是为了减少变压器电能传输时的能量损失。在物理中，电能传输时没有能量损失的变压器叫做理想变压器。
通过以上探究，学生能非常形象直观地构建起理想变压器的模型。变压器工作时穿过原、副线圈中的交变磁通量相同等难点问题，学生也在实验带来的愉悦中很好地接受了下来。结合之前所学电磁学方面的知识，铁损、铜损等相关知识概念也能很好地构建起来。构建出了理想变压器模型，应用法拉第电磁感应定律，学生就能很好地推导出变压器原、副线圈电压比与匝数之间的关系。
上述器材可用于学生分组实验，实验时可将器材平铺于课桌上。也可用于课堂教学时教师演示，实验时将扩音器佩带教师身上，手机、铁氧体磁芯置于包装用泡沫塑料板中固定，以便教学时能深入学生之中巡回而不至于使器件摔落。