Методическая разработка урока «Трансформатор, его устройство и принцип действия» 11 класс

Тема урока «Трансформатор, его устройство и принцип действия» 11 класс

Тип урока: комбинированный.

К концу урока учащиеся смогут:

• Применить явление возникновения электромагнитной индукции в замкнутом контуре для трансформатора;
• Сформулировать принцип действия трансформатора в режиме холостого хода и нагруженного трансформатора;
• Самостоятельно установить отношение между напряжениями в первичной и вторичной катушках и числом витков в них с помощью интерактивной модели;
• Используя интерактивную модель самостоятельно установить зависимость силы тока в первичной и вторичной катушках и напряжениями на них;
• Объяснить причину повышения силы тока в первичной катушке при подключении нагрузки.
• Использовать понятие коэффициент трансформации, зависимости напряжений и числа витков в катушках, зависимости силы тока в первичной и вторичной катушках при решении задач.

Задачи

1.      Организовать актуализацию знаний для того, чтобы дети вспомнили условие возникновения индукционного тока в замкнутом контуре.

2.      Организовать исследовательскую работу с интерактивной моделью «Трансформатор» для того, чтобы дети самостоятельно установили зависимости физических величин, характеризующих режим холостого хода и режим нагруженного трансформатора через исследовательское задание.

3.      Организовать работу учащихся для применения полученных знаний при решении задач по теме «Трансформатор»

Ход урока

I  Актуализация урока: 5-7 мин

Любому открытию сопутствует опыт, талант открывателя и даже случай. Если человек своим трудолюбием, упорством достигает истины в чем-либо, то это и есть открытие. На сегодняшнем уроке мы также попытаемся совершить небольшое открытие.

Очень часто на практике приходиться пользоваться различными приборами, аппаратурой, рассчитанными на различные напряжения. Например, для питания ламп в радиоприемнике и телевизорах требуется несколько сот вольт. А в сети, как вы знаете напряжение  220В. Как же быть? Не знаете ли вы приборов или  устройств, при помощи которых можно менять напряжение?

Дети отвечают «трансформатор»

Учитель объявляет тему урока, записываем в тетрадь.   Ставит цели на урок.

(на доске)

Итак, трансформатор – это прибор, который трансформирует энергию, т.е. подключается к одному напряжению, а выдает другое.

Из представленной схемы видно, что две катушки, по которым протекают токи никак не связаны друг с другом. Так как же работает трансформатор, почему возникает напряжение во вторичной обмотке?

(на доске)

Ученик на основе явления электромагнитной индукции рассказывает по схеме принцип работы трансформатора, что действие трансформатора основано на явлении возникновения электромагнитной индукции в замкнутом контуре.

Учитель акцентирует внимание: По первичной катушке протекает переменный ток, который возбуждает в сердечнике трансформатора (основа трансформатора) переменный магнитный поток. Магнитный поток равномерно пронизывает весь сердечник и, в свою очередь, во вторичной катушке возбуждает переменное ЭДС и если вторичная цепь замкнута, то в ней возникнет электрический ток.

Эксперимент. Демонстрируется  напряжение в первичной и вторичной катушках при холостом ходе и нагруженном трансформаторе. Обращается внимание на показания вольтметра, подключенного к первичной катушке

Постановка проблемы  Если мы замкнем цепь вторичной обмотки на какое-либо сопротивление (нагрузку), то в цепи появится переменный ток J₂. А если возник переменный ток, то обязательно появляется переменное магнитное поле Ф₂, которое по правилу Ленца должно иметь такое направление, что бы уменьшать магнитный поток в сердечнике Ф₁, которым сам же и вызван, т.е. действует на Ф₁  размагничивая. А следствием этого должно было быть уменьшение ЭДС в первичной катушке, а соответственно понизилось бы потребляемое первичной обмоткой напряжение, однако, этого не происходит. Почему? Ответ на этот вопрос мы попытаемся сейчас найти.

II  Формирование новых знаний   20 мин

Народная мудрость гласит «Ум хорошо, а два – лучше», сейчас  мы будем работать в парах.

Учитель предлагает выполнить задание 1 (исследование интерактивной модели).

В задании используя текст «Холостой ход трансформатора» и интерактивную модель действующего трансформатора в режиме холостого хода необходимо ответить на ряд вопросов.

Учащиеся с помощью интерактивной модели и предоставленного текста отвечают на вопросы и устанавливают зависимость

Учитель опрашивает учащихся о результатах исследований, которые необходимо записать в тетрадь как конспект по теме. Учитель останавливается на выведенном соотношении, доводя его до вида:                                      

Величина К называется коэффициентом трансформации. Если К > 1 трансформатор является понижающим, если К < 1 – повышающий.

Далее, подобным образом, исследуется интерактивная модель в режиме нагруженного трансформатора.  Учащиеся отвечают на вопросы, используя модель трансформатора устанавливают соотношение между напряжениями в первичной и вторичной катушках и силы тока в них.                                  , т.е.  J₂U₂ = J₁U₁

После выполнения задания ребята готовы ответить на вопрос о поддержке магнитного потока:

Магнитный поток, порождаемый током первичной обмотки, увеличится по сравнению с потоком при холостом ходе настолько, что сможет компенсировать размагничивающее действие магнитного потока вторичной обмотки трансформатора. Т.е. когда трансформатор нагружен, то появление тока во вторичной обмотке приводит к возрастанию силы тока в первичной обмотке. Следовательно, возрастает потребление энергии от сети первичной обмотки, за счет которой и происходит увеличение магнитного потока первичной катушке нагруженного трансформатора.

III Закрепление полученных знаний   10 - 12 мин

На протяжении урока учитель обращает внимание на часто встречающие задания из ЕГЭ.

Учитель предлагает решить задачу.

Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 300 витков, включен в сеть напряжением 220В. Во вторичную цепь трансформатора, имеющую 165 витков, включен резистор сопротивлением 50 Ом. Найдите а) напряжение на вторичной катушке б) силу тока во вторичной цепи, в случае, если падение напряжения на вторичной катушке равно 50В.

Ученики решают задачу. Учитель обращает внимание, что первую часть задачи можно решить с помощью интерактивной модели.

Учитель продолжает Трансформатор – это одно из самых распространенных устройств. Трудно представить себе электроприбор, без трансформатора  и внешний вид трансформатора разнообразен.

Учитель демонстрирует различные виды трансформаторов из повседневной жизни. Предлагает вычислить коэффициент трансформации некоторых устройств.

Рефлексия учитель акцентирует внимание на цели, которые ставили на урок.

Учитель выставляет оценки

IV Домашнее задание 1 мин

Параграф  38  задачи 1348, 1350, 1352  из сборника Степанова

вычислить коэффициент трансформации зарядного устройства собственного телефона.