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1、高中物理课改实验新课程新实验新认识()新课程高中物理实验的开发与教学研究陈峻峰赵力红浙江省杭州萧山八中311241浙江省富阳中学311400(十)变压器实验系列变压器在实际生产和生活中有广泛的应用。上海科教版等教材专门安排了一章电能的输送与变压器内容。高中物理课程标准要求通过分组实验,探究变压器电压与匝数的关系,了解从变电站到住宅的输电过程,知道远距离输电时应用高电压的道理;并建议参观当地的小型电厂,观察变电站和高压输电线路。在教学中,我们要充分利用现有实验器材,尽可能以实物的形式进行教学,使学生在电磁感应理论的基础上理解互感现象,加深
2、对变压器与生活实际的联系。实验2给可拆变1变压器中铁芯的作用压器的原线圈接上12V根据电磁感应原理,变压器的原副线圈上磁交流电(或其他电压值,通量的变化相同,因此在原副线圈上产生的电动视具体线圈而定),副线势与匝数成正比。为了更直观形象地说明变压器圈接一小电珠(额定电的铁芯作用,我们设计了一个直接根据互感原理压略低于副线圈输出电的原始变压器模型。压)。铁芯与A和B不材料准备:实验用的可拆变压器,小方形线框闭合时,小电珠很暗;把(研究安培力时使用),高亮发光二极管,小电珠,铁芯从A慢慢推向B,图1学生电源等。小电珠逐渐变亮(现象不是很明显),如图2所示;实验1给可拆变
3、压器的原线圈接上12V交在铁芯与A和B接触到完全闭合的过程中,小电变电压,小方形线框与发光二极管相连接作为副珠亮度的变化十分明显(此时推动铁芯时会感到线圈。如果原副线圈均不使用铁芯,由于漏磁严很费力)。这说明当铁芯完全闭合时,穿过副线圈重且副线圈匝数较少,方形线圈内产生的电动势的磁通量最大。较低。当线圈靠近原线圈时,二极管发光(发光二极管的导通电压低,电流较小);线圈离原线圈越近,二极管越亮;而远离时,二极管很暗甚至不亮,表明输出电压很小。教师可根据通电螺线管周围的磁感线分布,解释漏磁的原因。随后将铁芯插入原副线圈的中间,二极管顿时变亮了很多,如图图21所示。这时,教师因势利
4、导,说明磁化后铁芯的如果采用示波器或电压表来配合小电珠显示磁场大大增强,同时铁芯中分子电流取向变得一副线圈的电压,效果会更好。致,使穿过原线圈的磁通量几乎全部到达副线圈,上述实验均说明了变压器中铁芯的导磁作减少了漏磁,大大提高了电能的传输能力。用,很容易引起学生兴趣,加深对变压器原理的理教学仪器与实验第24卷2008年第10期11解。由于铁芯不闭合时原线圈的自感系数小,电减少漏磁或涡流产生的热量:应用工业小变压流大,容易烧坏,故实验过程中操作时间不可过器的硅钢片,重新绕制,要求线圈与铁芯间的空隙长。要小,硅钢片层叠紧密。将铁芯换成磁芯。但这两种办法要有一定的绕制
5、工具和技术。实验室2变压器线圈两端的电压与匝数的关系中使用的变压器模型的漏磁主要是在铁芯闭合探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系处,导致通过原副线圈的磁通量不相等。基于此,是课标中新增加的学生分组实验。在教学过程更简洁的办法是将两个铁芯串联在同一侧铁芯中,可以先进行定性观察,然后指导学生定量研上,这样可以明显减少由于漏磁导致的误差。究。如图4所示,在常用的变压器模型中,左边的定性观察:为副线圈1,在原线圈同一侧增加一个相同的副如图3所示,将变压器的原线圈连接交变恒线圈2。测得副线圈2的电压如表1。通过对比,源,小电珠(25V03A)连接一根长约3m的导线,可以看出与
6、原线圈同侧的副线圈2的误差明显减顺时针方向一匝一匝地将导线绕在铁芯的左侧。小。开始时电珠不亮。增加匝数后,电珠亮度逐渐增强,一般绕到十多匝后,电珠发出强光(此后不要再增加匝数,以防烧坏电珠)。这定性地说明了变压器的电压与匝数的关系。图4表1图3原线圈副线圈副线圈1副线圈2匝数比电压V理论值V测量值V测量值V117412932528定量探究:117313903438主要器件:可拆变压器,学生电源,多用电表(带有交流电压挡)。3模拟电压互感器将变压器原线圈与交流电源相连,用多用电交流电压表和电流表都有一定的测量范围,表测量原副线圈两端各挡之间的电压。
7、通过电压不能直接测量高电压和大电流。为保证工作人员之比与匝数之比的对比来探究电压与匝数的关的安全,也不能把电表直接接入高压电路中。用系。如果是理想变压器,原副线圈两端的电压之变压器来把高电压变成低电压,或者把大电流变比等于匝数之比。但由于存在着各种损耗,所以成小电流,问题就解决了。这种变压器叫互感器。副线圈端的实际电压会小于理论值,有时相差较材料准备:学生电源,教学可拆变压器,电压大。如原线圈取1200匝,副线圈匝数分别取300表2只(U1量程~30V,U2量程~15V)。匝和400匝。在空载时,测得原
