|
|
Каталог статей
Н.Э. Хромова Урок по физике "Трансформаторы" 11 класс.
Конспект урока
Предмет: Физика
Учитель: Хромова Н.Э.
Класс: 11
Тема урока: Трансформаторы. Решение задач.
Цели урока:
1.Образовательные: изучить назначение, устройство и принцип действия трансформатора; рассмотреть примеры практического применения трансформаторов.
2.Развивающие: развивать умения выбирать и излагать главное, делать выводы: способствовать развитию логического мышления;
3.Воспитательные: воспитывать интерес к изучению физики
Оснащение урока:
Оборудование: разборные трансформаторы, действующий демонстрационный трансформатор, карточки с приложениями.
Презентация к уроку;
ТСО: компьютер, мультимедиапроектор
Тип урока: комбинированный
Урок рассчитан на 45 минут.
Ход урока.
I. Этап. Адаптационно – мотивационный этап (8 мин).
Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производит¬ся же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливных и водных ресурсов. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на расстояния, достигающие иногда сотен километров. Но передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными потерями. Дело в том, что, протекая по линиям электропередачи, ток вызывает их нагревание (Слайд 1)
Как бы вы думаете, как можно решить данную проблему?
(Возможные варианты ответов:
а). увеличивая размер поперечного сечения проводника увеличить передаваемое напряжение, при этом уменьшая его сопротивление ( ).
Данное решение проблемы является невыгодным, так как требуются огромные затраты для изготовления нового кабеля и опор.
б). необходимо уменьшить силу передаваемого тока при условии постоянного значения мощности).
Осуществить это можно при помощи прибора, который называется трансформатор. (Слайд 2).
Как вы думаете о чем мы сегодня будем говорить, какова тема урока?
Тема урока – «Трансформаторы». (Слайд 3)
Давайте определим цели нашего урока.
(Возможные варианты ответов: познакомиться с устройством, принципом работы и применением трансформаторов).
Целью урока является рассмотрение устройства, принципа действия прибора и практического использования трансформатора. (Слайд 4)
Давайте повторим.
1) В чём заключается явление электромагнитной индукции?
2) Дайте понятие магнитного потока и запишите формулу для его расчёта.
3) Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
4) Какой ток называется переменным?
II. Этап. Основной этап.
Изучение нового материала (15 минут)
Немного истории… (Слайд 5)
Много лет назад это неприметное устройство позволило осуществить на практике распределение электроэнергии.
В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, которое легло в основу работы трансформатора. В этом же году появилось его схематическое изображение.
Яблочков Павел Николаевич в 1878 году использовал трансформатор для питания «электрических свечей» - нового в то время источника уличного света. Яблочков использовал индукционную катушку с двумя обмотками в качестве трансформатора для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор Яблочкова имел незамкнутый сердечник.
Идея Яблочкова была развита сотрудником Московского университета Усагиным Иваном Филлиповичем.
Летом 1882 года на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Москве И. Ф. Усагин продемонстрировал своё изобретение — трансформатор промышленного типа, который значительно отличался от трансформатора П. Н. Яблочкова. Это была индукционная катушка оригинальной конструкции, позволяющая включать в цепь несколько источников света. При помощи трансформатора Усагина был освещён павильон электричества промышленно-художественной выставки. Своё изобретение Усагин называл «вторичным генератором».
Трансформатор – это прибор, предназначенный для преобразования переменного тока, при котором напряжение уменьшается или увеличивается в несколько раз практически без потерь мощности. (Слайд 6)
Практическое задание.
-Познакомимся с устройством трансформатора.
У вас на столах лежат разборные трансформаторы. Внимательно рассмотрите их, укажите основные элементы трансформатора. (Слайд 7)
Возможные ответы обучающихся:
Замкнутый стальной сердечник, состоящий из отдельных пластин.
- Для чего сердечник изготавливают из пластин?
Сердечник нагревается в результате перемагничивания и возникновения в нём индукционных токов. Изготовление его из тонких стальных листов, изолированных друг от друга, приводит к значительному увеличению электрического сопротивления и уменьшению потерь на нагревание.
1) Катушки с проволочными обмотками - две,
Одна катушка подключается к источнику переменного напряжения и называется– первичная –, а вторая катушка подключается к потребителю и называется – вторичная. (Слайд 8)
(Слайд 9) Обозначение трансформатора в цепи:
Как вы думаете на каком явлении основано действие трансформатора?
На явлении электромагнитной индукции.
- Верно. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из стали концентрирует магнитное поле так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях.
Трансформатор может работать в двух режимах:
1. Режим холостого хода. (Слайды 11,12)
Работа трансформатор на холостом ходу – это работа при разомкнутой цепи вторичной обмотке:
Мгновенное значение э.д.с. индукции е в любом витке первичной или вторичной обмотки согласно закону Фарадея определяется формулой:
Если Ф = Ф0 соsωt, то е´ = ω Ф0 sinωt, или ω Ф0 - амплитуда э.д.с. в одном витке.
В первичной обмотке, имеющей N1 витков, полная ЭДС индук¬ции e1 равна N1е., во вторичной обмотке полная ЭДС е2 равна N2е, где N2 - чис¬ло витков этой обмотки.
Отсюда следует, что
Сумма напряжения u1, приложенного к первичной обмотке, и ЭДС e1 должна равняться падению напряжения в первичной обмотке:
u1 + e1 = i1 R1,
где R1 - активное сопротивление обмотки, а i1 -сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего урав¬нения. Обычно активное сопротивле¬ние обмотки мало и произведением i1 R1 можно пре¬небречь.
Поэтому
u1 ≈ - e1. (2)
При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течет, и имеет место соотношение u2 ≈ - e2 (3)
Так как мгновенные значения электродвижущих сил e1 и e2 изменяются синфазно, то их отношение в формуле можно заменить отношением дей¬ствующих значений E1 и E2 этих ЭДС или, учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений U:
k – коэффициент трансформации.
Если k < 1 – трансформатор повышающий; k > 1 – трансформатор понижающий.
2. Режим нагрузки. (Слайд 13)
Нагруженный трансформатор - это режим, при котором вторичная катушка соединена с потребителем.
При замыкании цепи вторичной обмотки в ней течет ток. Тогда соотношение u2 ≈ - e2 уже не выполняется точно, и соответ¬ственно связь между U1 и U2 становится более сложной.
Согласно закону сохранения энергии мощность в первичной цепи должна равняться мощности во вторичной цепи ,
; ,
где I1 и I2 — действующие значения силы в первичной и вто¬ричной обмотках,
поэтому, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот).
Применение трансформаторов. (Слайды 14, 15, 16)
Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, при распределении её между приемниками, а также на выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.
Существует два типа трансформаторов: бытовые и силовые
Бытовые используют в источниках питания различных электроприборов, технологических и медицинских рентгеновских установках, электропечах, плазменных и лазерных установках, устройствах радиолокации и электроники.
В бытовой технике используют понижающие трансформаторы.
Силовые трансформаторы используют в линиях электропередач.
Мощные трансформаторы помещают в бак, заполненный охлаждающим маслом.
Трансформаторы бывают:
1) Разделительные - используются для обеспечения электрической безопасности приборами бытового и промышленного назначения. Рекомендуется подключать оборудование через разделительный трансформатор в случае отстутствия надёжного заземления, при работе на открытом воздухе, в помещениях с повышенной влажностью, при контакте электроприбора с водой и металлами.В данных условиях возможна опасность поражения электрическим током при повреждении изоляции электроприбора. Данные трансформаторы обеспечивают безопасность работы с электрооборудованием.
2) Измерительные - используют для измерения очень больших, очень маленьких переменных напряжений и токов в цепях.
III. Творческий этап (17 минут)
Первичное закрепление.
1). Решение задач (10 минут)
(Приложение 2)
2). Выполнение теста (7 минут)
(Приложение 3)
Подведение итогов урока. ( 2 минуты)
Краткие итоги урока, выставление и комментирование оценок.
Домашнее задание. (1 минута)
§24,25, упр. 13, заполните таблицы (Приложение 1)
Приложение 1
Задание 1 . Заполните таблицу используя материал урока.
(учебник «Физика 11класс», автор С.А.Тихомирова , §24,25)
Таблица
Понятия Определение
Трансформатор – это…
Кем был изобретён трансформатор 1)
2)
Устройство трансформатора 1)
2)
3)
Обозначение трансформатора в цепи
На каком явлении основан принцип действия?
Трансформатор на холостом ходу
а)Чем характеризуется трансформатор?
б) Какие трансформаторы бывают
(в зависимости от коэффициента)
Работа нагруженного трансформатора (формулы)
Где применяют трансформаторы
Приложение 2.
Задание 2. Решите задачи:
Задачи по теме «Трансформаторы»
1. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 до 660 В. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков содержится во вторичной обмотке?
2.Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 300 витков, включён в сеть напряжением 220В. Во вторичную цепь трансформатора, имеющую 165 витков, включён резистор сопротивлением 80 Ом. Найти силу тока во вторичной цепи, если падение напряжения на ней 50В.
3.На первичную обмотку понижающего трансформатора с коэффициентов трансформации, равным 10, подается напряжение 220 В. Каково напряжение на выходе трансформатора, если сопротивление вторичной обмотки 2 Ом, а ток в ней равен 4 А?
Приложение 3
Тест по теме "Трансформаторы"
1 вариант
1.Трансформатор -это прибор, преобразующий переменный ток,при котором напряжение?
1)только увеличивается без потерь мощности;
2)уменьшается в несколько раз без потерь мощности;
3)увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потерь мощности;
4)не изменяется;
2.На каком физическом явлении основан принцип действия трансформатора?
1)электролиза;
2)электромагнитной индукции;
3) самоиндукции;
4) генерирования;
3.Как осуществляется передача электрической энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную?
1)с помощью электромагнитных волн;
2)по воздуху;
3)с помощью силы Лоренца;
4) помощью переменного магнитного поля, пронизывающего обе катушки;
4.В первичной обмотке трансформатора 100 витков, во вторичной – 20. Укажите правильное утверждение?
1)коэффициент трансформации равен 5, трансформатор повышающий;
2)коэффициент трансформации равен 1000, трансформатор повышающий;
3)коэффициент трансформации равен 0,2, трансформатор понижающий;
4)коэффициент трансформации равен 5, трансформатор понижающий;
5.Первичная обмотка трансформатора включена в сеть напряжением 20 В. На зажимах вторичной обмотки напряжение равно 200 В.Число витков во вторичной обмотке равно 1000.Чему равен коэффициент трансформации и число витков в первичной обмотке?
1) коэффициент трансформации равен 10, число витков в первичной обмотке 10;
2) коэффициент трансформации равен 0,1,число витков в первичной обмотке 100;
3) коэффициент трансформации равен 10, число витков в первичной обмотке 100;
4) коэффициент трансформации равен 0,1,число витков в первичной обмотке 10;
Тест по теме "Трансформаторы"
2 вариант
1.Трансформатор – это прибор, преобразующий …, в котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потерь мощности?
1)постоянный ток;
2)изменяющееся электрическое поле;
3)переменный ток;
4)среди ответов нет правильного;
2.На каком физическом явлении основан принцип действия трансформатора?
1)электролиза;
2)электромагнитной индукции;
3)генерирования;
4)самоиндукции;
3.В каком случае трансформатор является повышающим?
1) k =1;
2) k = 0;
3) k > 1;
4) k < 1;
4.В первичная обмотка трансформатора содержит 800 витков, вторичная – 3200. Укажите правильное утверждение?
1) Коэффициент трансформации равен 8,трансформатор повышающий;
2)коэффициент трансформации равен 0,25,трансформатор понижающий;
3) коэффициент трансформации равен 4,трансформатор понижающий;
4) коэффициент трансформации равен 0,25, трансформатор повышающий;
5.Трансформатор изменяет напряжение от 200 В до 1000 В.В первичной обмотке 20 витков. Определите коэффициент трансформации и число витков во вторичной обмотке?
1) коэффициент трансформации равен 10, число витков во вторичной обмотке 4;
2) коэффициент трансформации равен 0,2, число витков во вторичной обмотке 100;
3) коэффициент трансформации равен 10, число витков во вторичной обмотке 100;
4) коэффициент трансформации равен 0,2, число витков во вторичной обмотке 400; |
|
Категория: Уроки и внеклассные мероприятия | Добавил: Lulilu8267 (27 Марта 2016) |
| Просмотров: 3943 |
| Рейтинг: 4.5/2 |
|
