第3节 电磁铁的应用 同步练习（32张ppt）

第1章 电与磁
第3节 电磁铁的应用
学习目标
1.了解电磁继电器的结构和工作原理，初步认识科学知识的实际应用。
2.能够设计简单的电磁控制电路。
3.知道磁悬浮列车的工作原理，知道信息的磁记录原理。
知识点1 电磁继电器 重难点
1.电磁铁的特点
（1）磁场的有或无可以用开关来控制。
（2）磁场的强弱可以用电流大小来调节。
（3）磁场方向的改变可以通过改变电流方向来实现。
2.电磁继电器的实质
电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种自动开关。
3.电磁继电器的构造
主要结构
作用
电磁铁
通电时产生磁性，吸引衔铁
弹簧
电磁铁磁性消失时，带动衔铁弹离电磁铁
触点
相当于被控制电路的开关
衔铁
和动触点连在一起，带动动触点上下运动，接通或断开电路
4.电磁继电器的工作原理
电磁继电器的电路包括控制电路和工作电路两部分，如图所示。
（1）闭合开关→控制电路接通→电磁铁 ???? 产生磁性→吸引衔铁 ????→ 动触点 ???? 与下触
点接通→电动机工作、绿灯亮。
?
（2）断开开关→控制电路断开→电磁铁 ???? 失去磁性→衔铁 ???? 被弹簧 ???? 拉起→动触点
???? 与上触点接通→电动机停止工作、红灯亮。
?
电铃的工作原理：如图所示，闭合开关，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使铃锤向铃
盖方向运动，铃锤打击铃盖发出声音，同时电路断开，电磁铁失去磁性，铃锤又被
弹回，电路再次闭合。上述过程不断重复，电铃就可以发出持续的铃声。
5.电磁继电器的作用
远离高压
利用电磁继电器可以通过控制低压电路的通断间接控制高压电路的通断，使
人避免高压触电的危险，如大型变电站的高压开关等
远离有害
环境
利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等有害环境，实现远距离控制，如
核电站中的开关等
实现自动
控制
在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元
件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光照的自动控制，如水位
自动报警器、温度自动报警器等
典例1 如图是火警自动报警原理图。发生火灾时，将会
发生下列变化，其变化顺序是____________（填序号）。
②⑤①③④
①衔铁被吸下。
②温度升高使铜铁双层金属片向下弯曲，从而接通电磁
铁电路。
③接通触点使报警电路中有电流通过。
④红灯亮、电铃响，发出警报。
⑤电磁铁具有磁性。
例题点拨
首先根据温度对双金属片的影响分析控制电路的状态，然后分析电磁铁磁性的变化对衔铁的影响，进而分析工作电路中电灯和电铃的工作情况。
知识点2 磁悬浮列车
工作
原理
磁悬浮列车利用“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理，通过轨
道上的强电磁铁与列车上的电磁铁之间的排斥或吸引作用而悬浮起来，使
列车与轨道分离，消除了列车与轨道间的摩擦
优点
运行阻力很小，运行速度很快，所需动力小，不受气候影响，无噪音，振
动小，不污染环境等
磁悬浮列车的两种悬浮方式
常导磁吸式
超导磁斥式
典例2 磁悬浮列车是现代高科技的应用，下列说法中正确的是( )
A.磁悬浮列车都是利用同名磁极相互排斥的原理设计的
B.使列车悬浮的不是电磁铁，而是磁性超强的磁石
C.磁悬浮列车增大了车体和轨道之间的摩擦
D.列车悬浮行驶时，无震动，运行速度很快
D
[解析] 磁悬浮列车利用同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引的原理，使车体和轨
道分离，大大减小了车体和轨道之间的摩擦，因此运行速度很快，故A、C均错误，
D正确；磁悬浮列车和轨道上安装的是电磁铁，而不是磁性超强的磁石，故B错误。
知识点3信息的磁记录
（2）硬盘存入数据和读取磁盘信息的过程如下。
科学与生活
银行等机构发行的磁卡，其背面的磁条里记录着持卡人的账号等信息。当磁条接触
能产生强磁场的物体，就会使储存在磁条中的信息遭到破坏发生“紊乱”，这种故障
俗称“消磁”。因此，多张银行卡不要紧贴在一起存放,也不要背对背放置,避免磁条相
互摩擦、碰撞。
2.录音机和录像机
其记录原理与硬盘相似
原理：录音机和录像机的磁头是由电磁铁制成的。录音机和录像机将需要记录的声
音和图像转变成电信号，通过磁头记录在磁带上。
（2）工作原理：当人对着话筒讲话时，声波使振动膜振动→振动膜忽紧忽松地压迫
碳粒→碳粒电阻忽小忽大→电路中的电流忽大忽小→对方听筒内电磁铁的磁性忽强
忽弱→薄铁片受到的磁力忽大忽小→薄铁片振动发声，即声音（振动） ?话筒?? 变化的
电流 ?听筒?? 声音（振动）。
?
3.电话
（1）组成：电话的主要组成部分是话筒和听筒，
它们之间用一对电话线相连，如图所示。
4.电磁铁的其他应用
在实际生活中，电磁铁还有其他广泛的应用，如发电机、电动机、电磁起重机、洗
衣机、电饭锅等都用到了电磁铁。
典例3 [2022·杭州期中] 下列用电器中，没有使用电磁铁的是( )
A.电炉 B.电磁起重机 C.电磁继电器 D.电铃
A
[解析] 电炉是发热装置，不需要使用电磁铁。
题型1 电磁铁的特点★★★
典例4 如图所示为电磁继电器的构造和工作电路示意图，要使电磁铁对衔铁的吸引
力变大，以下做法中可行的是( )
D
A.去掉电磁铁线圈中的铁芯
B.减少电磁铁线圈的匝数
C.增大电源 ???? 的电压
D.增大电源 ???? 的电压
?
[解析] 去掉电磁铁线圈中的铁芯或减少电磁铁线圈的匝数，电磁铁的磁性将减弱；
电源 ???? 在工作电路中，增大电源 ???? 的电压不会影响通过电磁铁的电流，因而不会改
变电磁铁的磁性；电源 ???? 在控制电路中，增大电源 ???? 的电压，可以增大通过电磁铁
的电流，从而增强电磁铁的磁性，增大衔铁受到的吸引力，故D符合题意。
?
易错警示
电磁继电器中的电磁铁位于控制电路中而不是工作电路中，因此改变工作电路中的
电压或电流并不能改变电磁铁的磁性。
题型2 电磁继电器的工作原理★★★
典例5 如图是一种温度自动报警器的原理图，在水银温度
计中封入一段金属丝，金属丝下端所指示的温度为 90℃ 。
下列说法错误的是( )
?
D
A.报警器利用了水银导电和热胀冷缩的性质
B.报警器利用了电磁铁通电时有磁性，断电时磁性消失的特点
C.报警器中，水银温度计和电磁铁串联在电路中
D.温度达到 90℃ 时，报警器中的灯亮同时铃响
?
[解析] 根据液体热胀冷缩的性质，当温度升高时，水银体积增大，水银柱上升到
90℃ 刻度线处时，水银与上方金属丝接触，因为水银是导体，故左侧控制电路形成
通路，电磁铁中有电流通过，电磁铁吸引衔铁，动触点与上边静触点断开，接触下
边静触点，工作电路中灯熄灭，电铃发出报警信号，A、B正确，D错误；报警器中，
水银温度计和电磁铁是串联在电路中的，C正确。
?
题型3 含电磁继电器的电路连接★★★
典例6 如图是防汛报警器的示意图，请用笔画线正确连接电路。要求当水位上涨时，
电路接通，小灯泡发光报警。
[答案] 如图所示
[解析] 当水位上涨时，浮子 ???? 会将 ???? 顶起，使开关 ???? 闭合，控制电路连通，电磁铁
产生磁性，吸下衔铁，使动触点与下触点接通，工作电路连通，小灯泡发光报警。
?
思路点拨
含电磁继电器电路的连线技巧
题型4 电磁铁的应用分析★★★★
典例7 [2022·台州期中] 人工心脏泵可短时间代
替心脏工作，如图是该装置的示意图，磁体固定
在左侧，线圈 ???????? 固定在用软铁制成的活塞柄上
（相当于一个电磁铁），活塞筒通过阀门与血管
相通，阀门 S1 只能向外开启，阀门 S2 只能向内
开启。请你解释人工心脏泵工作的具体过程。
?
[答案] 线圈中的电流从 ???? 流向 ???? 时，由安培定则可知，电磁铁右端是 N 极，左端是
S 极，因为异名磁极相互吸引，此时活塞左移，筒内压强减小，阀门 S2 在血压的作
用下向内开启，血液流入活塞筒；改变电流方向，电磁铁的磁极改变，因为同名磁
极相互排斥，此时活塞向右移动，阀门 S1 在血压的作用下向外开启，血液流入血管
中，实现血液循环。
?
思路点拨
电磁铁在生活中有许多应用，有时改变电磁铁的磁性强弱来改变力的大小，有时改变磁场方向来改变力的方向，有时两者同时改变，根据电磁铁的特点进行分析即可。
题型5 电和磁的综合计算★★★★
典例8 小强利用压力传感器、电磁继电器、
阻值可调的电阻 ???? 等元件，设计了一个汽车
超载自动报警电路，如图甲所示。他了解到
这种压力传感器所受压力越大，输出的电
?
压 ???? 就越大，二者的关系如图乙所示。闭合开关 S ，当继电器线圈中电流大于或等
于 20?mA 时，衔铁被吸合。已知传感器的输出电压 ???? 为继电器控制电路的电源电压，
线圈的电阻为 20?Ω 。
?
（1）车辆不超载时，工作电路中绿灯亮；当传感器所受压力增大到一定程度时，红
灯亮，说明汽车超载。请你判断灯____（选填“ L1 ”或“ L2 ”）是红灯。
?
L2
?
[解析] 由题图甲、乙可知，车辆不超载时，动触点与上面的静触点接通， L1 亮；车
辆超载时，动触点与下面的静触点接通， L2 亮，故 L2 是红灯。
?
（2）某水平公路桥禁止质量大于或等于 20?t 的车辆通行，要用小强设计的装置为此桥报警， ???? 的阻值应调节为多少？ ???? 取 10?N/kg 。
?
[答案] 30Ω
?
[解析] 车辆对桥面的最大压力 ????=????=????????=20×103?kg×10?N/kg=2×105?N ，
由题图乙可知，此时的输出电压 ????=1?V ；由题意知，使电磁继电器衔铁被吸合的
最小电流 ????=20?mA=0.02?A ，继电器线圈的电阻 ????线圈=20?Ω ；根据 ????=???????? 知，电
路总电阻 ????总=????????=1?V0.02?A=50?Ω ，则电阻 ????=????总?????线圈=50?????20????=30?Ω 。
?
（3）在水平路面上，要使该装置报警，通过车辆的最小重力为多少？
[答案] 8×104N
?
[解析] 要使该装置报警，压力传感器输出电压的最小值
????0=????????线圈=0.02?A×20Ω=0.4?V ; 由题图乙知，此时压力传感器受到的压力，即
车辆的最小重力 ????′=????′=0.8×105N=8×104N 。
?
（4）请你运用所学科学知识，说明超载的一项危害。
[答案] 超载的汽车质量大，惯性大，急刹车后滑行距离大，容易发生交通事故（或
超载的汽车质量大，重力大，容易压破路面等，合理即可）。
思路点拨
（1）明确电路结构，判断电路的工作状态。
（2）结合图像，利用欧姆定律求出总电阻，然后由串联电路特点求出 ???? 的阻值。
（3）根据题干中电磁继电器衔铁被吸合的最小电流和线圈电阻，利用欧姆定律可求出最小输出电压，再对照图像找到对应的压力值，即得汽车重力的大小。