陕西省西安市经开第一中学(710018) 孙 涛

“变压器”是人教版选修3-2第5章第4节的内容，承上启下，既是电磁感应、交变电流知识的综合应用，又为远距离输电教学奠定了基础。《课程标准》对于变压器的教学内容要求如下：“通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。因此，教学中主要设计了2个主题实验以促进教学目标的达成。

1 主题实验设计

实验1：“隔空取电”实验

(1)实验器材

电磁炉、自绕多匝线圈、白炽灯泡(额定电压220 V、额定功率60 W)、数字演示电压表、铁制茶叶筒。

(2)实验演示

如图1所示，将绕制的多匝线圈与灯泡连接，形成闭合回路。将线圈和铁质茶叶筒放置电磁炉上，打开电源开关。可以看到灯泡微微发光。改变绕制线圈的匝数，灯泡逐渐变亮，数字电压表读数变大。

通过设计演示实验，使教学内容趣味化、情境化，引导学生在观察实验现象的基础上，理性认识改变线圈匝数可以改变电压，为设计定量探究实验方案做好思维铺垫。

实验2：定量探究变压器变压规律实验

为了避免利用电磁感应原理牵强推出变压规律，落实课程标准的要求，教学中对可拆变压器进行技术改进，增加原、副线圈输入、输出端口，以便获取更多的原、副线圈电压测量数据。如图2所示。

(1)实验目的

探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。

(2)实验器材

学生电源，改装教学可拆变压器(J2423型)1个，数字交流电压表1个，导线若干。

(3)实验方法

通过肉眼对抽取芯样进行观察，发现芯样根部大部分为毛面，第1层芯样根部带有水泥混凝土部分，第2层与第1层结合面正常的肉眼已经无法观察出来，说明沥青混凝土、地基及混凝土相互之间黏结良好。

控制变量法、分析综合法、图像法。

(4)实验设计

画出实验电路图，设计实验操作步骤，实验数据记录表格。

(5)实验内容

①当原线圈输入电压U1和原线圈匝数n1一定时，探究副线圈输出电压U2与副线圈匝数n2的关系;

②当原线圈输入电压U1和副线圈匝数n2一定时，探究副线圈输出电压U2与原线圈匝数n1的关系。

(6)实验过程

探究1：U1=2.48 V，n1=100匝。改变n2，记录U2，见表1。

表1 U2与n2实验数据

探究2：U1=2.63 V,n2=800匝。改变n1，记录U2，见表2。

表2 U2与n1实验数据

测量数据输入Excel表格，拟合U2-n1图像，发现U2-n1为非线性关系，如图4所示。

引导学生类比探究加速度与力、质量的关系，化曲为直。分析电压U2与匝数1/n1的关系，见表3。

表3 U2与1/n1实验数据

拟合U2与1/n1图像，如图5所示，可以看出U2∝1/n1。

通过对两组实验内容探究，可得U2∝n2，U2∝1/n1。

表4 U2与n2/n1实验数据

(7)实验结论

2 实验设计反思

反思本节课的实验教学设计，体现以下优点：

(1)按照学生的认知规律设计实验，考虑了新旧知识的密切联系，现象明显，逻辑严谨，具有很强的操作性，利于教学中有效问题的生成和师生思维的碰撞。

(2)用改装后的变压器完成定量探究实验，让学生经历了完整的科学探究过程，培养了学生科学、严谨、实事求是的实验态度。

(3)结合学生已有的信息技术水平，借助Excel处理数据，能够较为精确、直观、便捷地得出令学生信服的实验结论，有利于物理核心素养的落实。