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.
- Проанализировать и оценить ответы.
- Разобрать домашнее задание.
- Ответить на вопросы учащихся по новой теме.