Передача электрической энергии. Трансформаторы
презентация к уроку по физике (11 класс) по теме

Урок по физике в 11 классе.

Передача электрической энергии.

Трансформаторы

Учитель                Крашенинникова Т.С.

2010 г.

Тема урока: Передача электрической энергии. Трансформаторы.

Цель урока:

• изучить процесс передачи электрической энергии;
• рассмотреть работу трансформатора на холостом  ходу и под нагрузкой.

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 мышления (классифицировать факты, делать обобщающие выводы);
• развитие познавательных умений ( формирование умений выделять главное, наблюдать)

Воспитательные:

• воспитание нравственных качеств, отражающих отношение друг другу - умение выслушать друг друга, спокойно возразить;
• вовлечь всех учащихся в творческую работу.

Тип урока: комбинированный.

Формы организации урока: фронтальная, индивидуальная.

Методы: рассказ, демонстрация опытов, исследование, записи на доске, беседа.

Оборудование: 

1.Таблица « Генератор переменного тока»;

2. Универсальный трансформатор (учебный 120/220 В – 6/6 В);

3. Амперметр переменного тока (от 0до 0,7 А и от 0 до 5 А);

4. Вольтметр на 8 В переменного тока;

5. Реостат на 6 Ом;

6.  Провод длиной 3м;

7. Электрическая лампа на подставке ( на 3,5 В);

8. Регулятор напряжения;

9. Доп. Приспособление для электросварки.

10. Мультимедийный проектор.

Ход урока

I.Оргмомент.

II. Проверка домашнего задания:

.1) Самостоятельная работа по карточкам.

 2) Рассказать об устройстве и принципе действия генератора переменного тока.

III. Изложение нового материала      

1) Электростанции вырабатывают ток большой мощности — сотни тысяч киловатт. Эту мощность надо передать к потребителю, причем так, чтобы тепловые потери мощности на нагревание проводов линии электропередачи  (ЛЭП)   были, по возможности, наименьшими. В соответствии с законом Джоуля – Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

                                               Q= I2R t

Проблемный вопрос. Как передать энергию?  ( Выслушать рассуждения учащихся.)

Тепловая мощность электрического тока, как известно из физики  Ртепл=I2R Уменьшение этой мощности за счет уменьшения сопротивления R проводов ЛЭП означает увеличение площади поперечного сечения проводов. (вспомните: R=ρl/s).

(Слайд 2; 3) Расчеты передачи энергии при U=220В и U= 10000В.

Вывод. Увеличение площади экономически невыгодно, так как надо израсходовать много металла. Следует уменьшить силу тока, но при этом увеличить напряжение, при котором передается мощность P=IU, вырабатываемая электростанцией.

Опыт 1. Демонстрация  модели ЛЭП.

Для повышения и понижения напряжения служит трансформатор. Трансформатор был изобретен в 1876 г. русским ученым П. Н. Яблочковым. (Слайды 4; 5)

2) а) Устройство  трансформатора

  Простой трансформатор переменного тока состоит из двух катушек, надетых на ферромагнитный сердечник. 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 (Слайд 6)

       б) Трансформатор на холостом ходу.

Опыт 2. Демонстрация понижающего трансформатора. Вопрос. Как объяснить возникновение напряжения на концах вторичной катушки?  

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. ( Слайды 7,8) 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=Фм cosωt, то Ф'= -Фмωsinωt. Следовательно, е = Фмωsinωt или е = Ем sinωt, где Eм = Фм ω

В первичной обмотке, имеющей N1 витков, е1=N1е. Во вторичной е2=N2e, отсюда следует, что e1/e2=N1/N2 . Обычно активное сопротивление обмоток мало, поэтому U1|=|e1|, |U2|=|e2

 Мгновенные значения ЭДС e1 и e2 изменяются синфазно с учетом сказанного, можно записать: 

U1/U2=Е1/Е2= =К

Величина К называется коэффициентом трансформации.

При К >1 трансформатор является понижающим, а при К<1 - повышающим. Отмечаем, что на холостом ходу U1/U2=N1/N2, и что трансформатор потребляет незначительную энергию из сети. (Слайды 9-11)

в) Работа нагруженного трансформатора.

Опыт 3.Рассмотреть работу трансформатора в режиме нагрузки

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 U1|=|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 к 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:

U1I1=U2I2 => U1/ U2=I2/I1

Это значит, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока.

г) Исследования (с объяснением полученных результатов)

1. Зависимость силы тока I1, I2, U2 от U1(от напряжения на первичной обмотке);

2. Зависимость силы тока I1, I2, U2 от R (от сопротивления нагрузки);

3. Зависимость тока I1, I2, U2 от изменения индуктивной связи между катушками (удаляем верхнее ярмо)

 4.Зависимость U2 от числа витков во вторичной катушке ( включаем  во вторичную катушку замкнутый провод длиной 3 м  с лампочкой и постепенно наматываем на катушку)

д) При наличии времени показать применение трансформатора для электросварки

IV. Закрепление пройденного материала. Главные выводы.  Решить задачи № 22, (23) из дидактического материала.

V. Домашнее задание: §38, 40. № 990- (Р)