作者简介
吴纯，毕业于华南师范大学，现为广东省潮州市高级中学物理教师。年广东省中学物理和小学科学实验教师实验操作与创新技能竞赛中荣获高中物理组一等奖第一名，创新奖第一名。一、选题介绍变压器作为电磁感应原理的应用，广泛应用于生产实践，因此变压器及相关的规律成为考查学生建模、探究、论证等核心素养的重要素材。倘若教师此时拥有配套的演示仪，便可以为学生提供探究或验证的真实情景，引导学生在探究思考的基础上，建立起理想的物理模型和形成行之有效的结题论证方法。
传统的变压器模型较为笨重，教师演示实验时，需要搬运众多的实验器材再设计、组装电路。实验效率低下，且缺乏趣味性。
为了使学生加深对原理、规律、运用的理解认知，让教师不再陷入“实验难”的窘境，吴纯老师设计了《变压器原理及其运用》的教具。
二、实验装置1
实验装置图
使用材料：定制有机玻璃，PVC板、数显式电压表、手机无线充电器的发射端口与接收端口、特斯拉线圈、1套ZVS电源、电视高压包、电容0.32uF、匝数匝的线圈、打火器、直径6cm的空心不锈钢球（直径可适度偏小）。2
实验配件
三、主要功能1
探究变压器的工作原理
通过高频振荡电路，将直流电转换成交流电，对比得出互感是变压器的工作基础——解剖教学难点。
2
探究变压器两端电压与匝数的关系
利用控制变量法，改变副线圈匝数，从数字电压表读出两端电压值，探究（验证）两端电压与原、副线圈匝数的关系——突破教学重点。3
展示降压变压器的运用
(1)手机充电
(2)手机无线充电
(3)小灯泡隔空照明
(4)小风扇无线工作4
展示升压变压器的运用
(1)隔空点灯
(2)人工闪电
(3)学生体验“高压触电“——解剖变压器能量转换以及变压器功率和电流关系这一难点。四、制作过程1
制作副线圈
将本实验基本电路描在木板上，并按图装上导线。把无线充电器发射端口作为原线圈。副线圈骨架由有机玻璃制作，再用漆包线绕制匝数符合自己需求的副线圈，并在不同匝数处引出抽头（3个）。将电路图中的所有电学仪器安装在板上，并做出引线。2
制造高频交流电
电源部分，可借助网购的无线充电器发射端口所配套迷你振荡电路板，利用直流电源产生高频交流电。电源9—12V的电池，就能为电路提供高频率的交流电。电压表V1测量原线圈输入电压，电压表V2测量副线圈输出电压。授课时，将电源、电压表、原副线圈等通过灯笼插头接上电路即可。为了让学生更好掌握变压器，教师还可以制作了自带副线圈匝数适宜的小风扇和LED灯泡。
3
制作特斯拉线圈
特斯拉线圈的制作需要将ZVS、高压包、电容组、初级线圈、次级线圈和打火器按下图的基本原理图组装。放电顶端可以将金属小球放置在副线圈顶端，成品如下图所示。
五、应用案例1
探究变压器两端电压与匝数的关系
选用的副线圈匝数分别为50匝、75匝、匝。控制输入电压为5V，匝数不变，将副线圈向原线圈靠拢，电压表V2立刻可以读出输出电压大小。改变副线圈匝数，输出电压记录在下表。在误差允许范围内，输出电压与副线圈匝数成正比的关系一目了然。2
演示—降压变压器运用
向学生展示拆开了的手机充电器，讲解当原副线圈匝数比为44：1的时候就可以将家用V交流电降至5V供手机充电。借助定量探究部分的原线圈作为发射端，将已连接无线充电器的手机作为接收端，两者彼此靠近，普通手机就可以充电。这两年炙手可热的无线充电器，是手机开发商把将原线圈集成在充电盒内，把副线圈及辅助设备内置至手机内部。吴纯老师使用的手机拥有无线充电功能，直接将手机放在原线圈附近就实现自动充电。手机有线充电手机无线充电此时，为了加深学生对变压器的理解，吴纯老师还演示了小风扇和LED灯泡“隔空”工作。只要将它们靠近原线圈即可。LED灯泡隔空点亮
小风扇隔空转动学生对手机无线充电的反应比较活跃，学习气氛达到小高潮。希望借此可以让学生明白看似简单的物理知识，实际上是推动科技进步、实现生活更加便捷的根本动力。该部分实验设计贴合生活、趣味性强，能积极调动学生的学习兴趣和求知欲，符合新课标的教学理念。
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演示—升压变压器运用
给振荡电路接上电池（9V-12V）和地线。特斯拉原线圈即拥有上千伏的交流电。副线圈输出电压高达百万伏。高压会形成强电场，击穿空气，金属球四周会产生电弧。人工闪电隔空点灯看到电弧闪烁，学生反应激烈，掌声四起。此处吴纯老师举着普通节能灯管靠近特斯拉，灯管引出长电弧的同时发光。学生看得目瞪口呆，困惑连连。为了增加学生参与度，吴纯老师还鼓励学生通过灯管与“闪电”来个“亲密接触”，参与高压体验的学生手臂会有微微麻痹感。同时借势讲解变压器的能量转换原理，由电能转化为磁能，最后再变为电能。根据能量守恒，电源功率比较小的情况，电流I2等于P2除以U2。电流实际上只有几微安，对人体无害，帮助学生破除思维定势的同时，趁机讲解变压器输入、输出功率之间的关系，以及输入、输出电流之间的规律。六、视频展示专家点评本期点评专家：李德安
华南师范大学物理与电信工程学院
基础教育培训部主任、高级实验师
李德安副教授：吴纯老师的“变压器原理及其运用”创新教具是为人教版高二3-2第五章第4节课程《变压器》的教学而设计。该创新教具集成度高，演示效果好，趣味性强。“高频率振荡电路板、数字电表”的引入突破常规思维，使得实验探究更简易、直观及精确。“手机无线充电”的定性演示实验贴合生活实际，与前沿科技运用接轨，易于激发学生的学习兴趣，真实的实物演示能让学生在学习“变压器”相关知识时从枯燥的书本理论转变成可视化的感性认知。“人工闪电、隔空点灯”两个实验以其夺人眼球的演示效果会深受学生的喜爱及欢迎。“高压触电”实验既安全，又感官体验明显、刺激，能很好的提高学生参与度高、思考积极，使学生对变压器的认识由表及里逐步深化，能帮助学生透过现象把握变压器本质，从而全面的提升学生的物理核心素养。编辑
袁运强王东
审稿
刘建华
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