Традиционный урок физики "Трансформаторы"

Разделы: Физика

Задачи урока:

Образовательные:

  • расширение кругозора учащихся;
  • развитие творческих и познавательных способностей;
  • развитие у учащихся интереса к предмету "Физика";
  • обобщение и углубление изученного материала.

Развивающие:

  • развитие речи, умения выражать и защищать свою точку зрения;
  • развитие сообразительности и находчивости.

Воспитательные:

  • воспитание нравственных качеств, отражающих отношение друг другу - умение выслушать друг друга, спокойно возразить;
  • вовлечь всех учащихся в творческую работу.

Цель урока:

  • рассмотреть работу трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой;
  • рассмотреть области применения трансформатора.

Оргмомент.

Проверка домашнего задания, повторение пройденного. (Проверка в виде соревнования между 1 и 2 вариантами позволит рассмотреть большую часть вопросов, повысить активность учащихся. Вопросы на экране.).

1 вариант 2 вариант
1. В чем заключается явление электромагнитной индукции? 1. Как определяют направление индукционного тока?
2. Что такое статор? 2. Что такое ротор?
3. Для чего нужны контактные кольца и щетки? 3. Почему зазор между сердечниками делают как можно меньшим?
4. Какими преимуществами обладает переменный ток по сравнению с постоянным? 4. На каком принципе основана работа генератора переменного тока?
5. Сила тока в цепи меняется по закону j=3cos(100pit+pi/3)А. Определите амплитуду, круговую частоту и начальную фазу. 5. Напряжение меняется по закону И=5 cos(8t+3pi/2)В. Определите частоту, амплитуду и начальную фазу.

Изложение нового материала.

Назначение трансформаторов.

Нередко на практике требуется питать приборы, рассчитанные на разные напряжения. Так ламповый телевизор включают в сеть напряжением 220В, на нитях ламп должно быть 6,3 В; между анодом и катодом от 200В до 500В; на электронно-лучевой трубке до 15000В; а для работы транзисторов от 5В до 18В. Повышение и понижение напряжения переменного тока осуществляется трансформаторами.

Устройство трансформатора.

Трансформатор был изобретен в 1878 году П.Н. Яблочковым. Простой трансформатор переменного тока состоит из двух катушек, надетых на феромагнитный сердечник [рис. 98 в учебнике]. Сердечник собран из стальных листков трансформаторной стали. Одна из обмоток первичной, подключается к источнику переменного тока. Другая, к которой подключают нагрузку, называется вторичной. (Демонстрируем "школьный трансформатор", различные по размерам и назначению трансформаторы). Показываем условное обозначение трансформатора.

Трансформатор на холостом ходу.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Магнитное поле сосредоточено в сердечнике. Мгновенное значение ЭДС индукции е в любом витке катушек одинаково и согласно закону Фарадея определяются формулой е= -Ф', Ф=Фm cos10t, то Ф'= -10Фm sin10t, следовательно е=10Фm sin10t или е=10Еm sin10t, где Em=10Фm.

В первичной обмотке, имеющей N1 витков, е1=N1е. Во вторичной е2=N2e, отсюда следует, что e1/e2=N1/N2 . Обычно активное сопровождение обмоток мало, поэтому |И1|?|e1|, |И2|=|e2|.

Мгновенные значения ЭДС e1 и e2 изменяются синфазно с учетом сказанного, можно записать:

И1/И2=Е1/Е2=Т1/Т2=К

Величина К называется коэффициентом трансформации.

При К>1 трансформатор является понижающим, а при К<1 - повышающим. Отмечаем, что на холостом ходу И1/И2=N1/N2, и что трансформатор потребляет незначительную энергию из сети.

Работа нагруженного трансформатора.

Если нагрузить трансформатор во вторичной обмотке сила тока будет отлична от нуля. Появившийся ток создает в трансформаторе свой переменный магнитный поток, который по правилу Ленца должен уменьшить изменения магнитного потока в сердечнике. Но уменьшение амплитуды колебаний результирующего магнитного потока должно, в свою очередь, уменьшить ЭДС индукции в первичной обмотке. Однако это невозможно, так как |И1|?|e1|. Поэтому при включении нагрузки, увеличивается сила тока в первичной обмотке.

Увеличение силы тока в цепи первичной обмотки происходит в соответствии с законом сохранения энергии: отдача электроэнергии в цепь, присоединенную ко вторичной обмотке трансформатора, сопровождается потреблением от сети такой же энергии первичной обмоткой. Мощность в первичной цепи при нагруженном трансформаторе, приблизительно равна мощности во вторичной цепи:

И1J1=И2J2=> И1/ И2=J2/J1

Это значит, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока.

Закрепление пройденного материала.

1 вариант 2 вариант
1. На каком физическом явлении основана работа трансформатора? 1. Какой ток можно подавать на обмотку трансформатора?
2. Как устроен трансформатор? 2. Что показывает коэффициент трансформации?
3. Почему сердечник трансформатора изготовлен из отдельных пластин? 3. Почему диаметр проводов катушек различен?
4. Почему трансформатор выходит из строя, если занимает один виток? 4. N1=2N2; И1=220В; И2-?

Домашнее задание.

38, повторение 37, упр. 5(3-7). Подготовить мини-проект "Применение трансформатора".

Итог урока.

  1. Проанализировать и оценить ответы.
  2. Разобрать домашнее задание.
  3. Ответить на вопросы учащихся по новой теме.