人教版九年级物理 第二十章电与磁第3节电磁铁 电磁继电器（教学设计）

人教版九年级物理 第二十章 电与磁
第3节 电磁铁 电磁继电器（教学设计）
【课题】第3节 电磁铁 电磁继电器
【学习目标】
1.了解什么是电磁铁，知道电磁铁的特性和工作原理。
2.了解影响电磁铁磁性强弱的因素。
3.了解电磁铁在生活中的广泛应用。
4.了解电磁继电器的结构和工作原理.
【学习重点】
1. 影响电磁铁磁性强弱的因素。
2. 电磁继电器的结构和工作原理。
【学习难点】
利用电磁铁和电磁继电器的工作原理解释生活中的实际现象。
【教学器材】
电源、开关、滑动变阻器、大铁钉、铁屑（或大头针）、漆包线、演示实验用电磁铁（带U型铁芯的线圈）、电磁继电器等
【新课导入】
问题：
一根条形磁体， 它的周围存在着磁场。这种磁体是一种永磁体。
螺线管通电后，也会成为一个磁体。这样的磁体与永磁体相比，有哪些优点 这些优点在实际中有哪些应用
【板书课题】第3节 电磁铁 电磁继电器
【新课学习】知识点一 电磁铁
【播放视频】电磁铁
一、电磁铁
把导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时，它会有较强的磁性。这种磁体叫作电磁铁。
1.电磁铁的工作原理
利用电流的磁效应工作。在螺线管的内部插入铁芯，通电后铁芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。
电磁铁的铁芯是由软铁制成的，被磁化时显示磁性，在失去外部磁场时，其磁性会立即消失。电磁铁有电流通过时有磁性，没电流时失去磁性。
2.电磁铁的磁极
与通电螺线管的磁极相同；当电流方向改变时，磁极也发生改变（磁极对调）。
展示电磁起重机
在工地、码头，以及一些车间、货场，人们常常可以看到电磁起重机在工作。电磁起重机的主要部件之一是电磁铁，电磁铁安装在吊车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一个位置后切断电流，钢铁被放下。大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。
【想想做做】制作简易的电磁起重机
把一根较长的导线绕在一枚大铁钉上，就可以制成一个电磁铁。把电源、电磁铁及滑动变阻器串联起来，闭合开关，观察自制的“起重机”吊起了多少曲别针。
【播放视频】制作简易的电磁起重机
提出问题：如何使制作的电磁铁磁性增强
【演示】探究影响电磁铁磁性强弱的因素
猜想：可能与电流的大小、线圈的匝数有关。
实验方法：①控制电磁铁线圈的匝数不变，改变线圈中电流的大小。
②控制电磁铁线圈的电流不变，改变线圈匝数。
判断电磁铁磁性强弱方法：根据吸引铁钉或曲别针等的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
3.探究影响电磁铁磁性强弱的因素
【播放视频】影响电磁铁磁性强弱的因素
实验电路：把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。
实验步骤：（1）按照电路图，把滑动变阻器、电流表和一定匝数的电磁铁串联起来，移动变阻器滑片P，改变电路中的电流。观察电流大小不同时，电磁铁吸引铁钉的数目有什么变化。
现象：电流越大，电磁铁能吸引的铁钉数越多。
结论：匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强。
（2）把两个匝数不同的电磁铁串联在电路中，可以控制通过的电流相等，通过比较吸引的铁钉的数量比较电磁铁磁性的强弱。
现象：匝数越多，吸引的铁钉越多。
结论：电流一定时，外形相同的螺线管，匝数越多，电磁铁的磁性越强。
归纳：匝数一定时，通入的电流越大，电磁铁的磁性越强；电流一定时，外形相同的螺线管，匝数越多，电磁铁的磁性越强。
【归纳总结】
1. 电磁铁的构成：内部插入铁芯的螺线管。
2. 电磁铁的工作原理：电流的磁效应。
3. 电磁铁的磁性有无可以通过电流的通断来控制。
4. 电磁铁的磁性强弱可以通过线圈中电流大小和线圈匝数来控制。
5. 电磁铁的磁极性质可以通过线圈中电流方向来控制。
4.电磁铁的应用
电磁铁的实际用途很多。在电动机、发电机里会用到电磁铁。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里感应式冲水器的阀门，也 都是由电磁铁控制的。
磁悬浮列车所用的磁体大多是通有强大电流的电磁铁。电磁铁通过磁体间的相互作用使列车悬浮在轨道上，避免了来自车轮与轨道之间的摩擦，突破了以往列车的速度极限。
【课堂练习】
【例题1】（2025年四川广安中考题）小华在实验室做电学实验的时候，看到一颗铁螺丝钉，他将导线绕在铁螺丝钉上设计了如图甲所示的电路。根据所学知识回答下列问题。
实验次数 电压U/V 电流I/A
1 2.4
2 3.6 0.3
3 5.0 0.4
（1）闭合开关，根据安培定则，在图甲括号中标出铁螺丝钉右端的极性（N或S）。
（2）他将滑动变阻器滑片向左移动，发现绕线铁螺丝钉吸引铁屑的数量变多，说明绕线铁螺丝钉的磁性变______。
（3）他取下铁螺丝钉，使导线伸直，用该电路测量定值电阻的阻值。他按照正确步骤进行了3次实验，记录数据如表格所示，第1次的实验中，电流表的示数如图乙为______A.
（4）根据表格数据，测得定值电阻阻值为______Ω（结果保留1位小数）。
【答案】（1） （2）强 （3）0.2 （4）12.2
【解析】（1）由图甲可知电流从铁螺丝钉上的线圈右端流入，左端流出，根据安培定则可知，铁螺丝钉上线圈的右端为N极；
（2）滑动变阻器滑片向左移动时，电路中电流变大，铁螺丝钉吸引铁屑的数量变多，说明铁螺丝钉的磁性变强。
（3）由图乙可知电流表使用的测量范围是0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.2A.
（4）由 得，三次实验测量的定值电阻的阻值依次为
，，
则测得定值电阻的阻值为
【例题2】（2025年江苏盐城中考题）如图所示，给绕在铁钉上的线圈通电后，铁钉吸引大头针。下列操作能使铁钉吸引大头针数目变多的是【 】
A. 减少线圈匝数 B. 减少电池节数
C. 向右移动滑动变阻器的滑片
D. 对调电源正、负接线柱上的接线
【答案】C
【解析】要使铁钉吸引大头针数目变多，则电磁铁磁性需要变强，电磁铁磁性的强弱与电流的大小、线圈的匝数、有无铁芯有关。
A．在其他条件不变情况下，减少线圈匝数，电磁铁磁性减弱，铁钉吸引大头针数目变少；
B．减少电池节数，则电源电压减小，其他条件不变，则电路中电流变小，电磁铁磁性减弱，铁钉吸引大头针数目变少；
C．向右移动滑动变阻器的滑片，变阻器接入电路电阻变小，电路总电阻变小，电源电压不变，电路中的电流变大，电磁铁磁性增强，铁钉吸引大头针数目变多；
D．对调电源正、负极接线柱上的接线，改变了电流方向，电磁铁的磁极位置对调，而磁性强弱不变，铁钉吸引大头针数目不会变多。
知识点二 电磁继电器
二、电磁继电器
驱动巨大机器的电流可能有几十安、几百安。在工厂里，常常看到工人师傅利用按钮来控制机器 。用手直接控制强大的电流或操作高压电路是很危险的。
提出问题：能否利用电磁铁的吸引力来控制高电压、强电流电路的通断呢？
电磁继电器就是利用电磁铁来控制高电压、强电流电路的一种开关。
①电磁继电器的主要构造：
电磁继电器由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等组成。工作时的电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。
②电磁继电器主要部分的作用
电磁铁：通电时产生磁性，吸引衔铁
衔铁：和动触点组成一个绕支点转动的杠杆，带动动触点上下运动
弹簧：电磁铁磁性消失时，带动衔铁弹离电磁铁
触点（上下两组）：相当于被控制电路的开关
③工作原理
当低压控制电路的开关S闭合时，电磁铁通电，电磁铁把衔铁吸下来，使动触点和下面静触点C接触，高压工作电路闭合，电动机M转动起来。
当低压控制电路的开关S断开时，电磁铁断电失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断高压工作电路，电动机停止转动，指示灯电路闭合，指示灯发光。
【播放视频】电磁继电器的结构和工作原理
④电磁继电器的应用
用低电压、弱电流电路控制高电压、强电流电路。
实现自动控制和远距离操作。
【归纳总结】
1. 结构：电磁铁、衔铁、弹簧和触点。
2. 指针原理：利用电流的磁效应工作。
3. 实质：电磁继电器是利用电磁铁控制高电压、强电流电路的开关。
4. 作用：（1）利用低电压、弱电流电路控制高电压、强电流电路；
（2）实现自动控制和远距离控制。
【课堂练习】
【例题3】（2025年山东济南中考题）如图为一种水位报警器的原理图，当水位达到金属块A时，电路中红灯亮，此时螺线管上端为____极，图中虚线部分的作用相当于_____（选填“电源”、“开关”、“用电器”或“导线”）。
【答案】 N 开关
【解析】由图可知，电流从电磁铁线圈下端流入，从上端流出，根据安培定则判断，电磁铁的上端为N极，下端为S极。
水位上升至金属块A下表面时，控制电路（由水位控制的电磁铁电路）接通，电磁铁具有磁性把衔铁吸下来，红灯电路接通，红灯亮。虚线部分起到控制电路通断的作用，相当于控制电路的开关。
【例题4】（2024年四川自贡中考题）如图所示是某科技小组设计的一种温度自动控制报警装置电路图，关于它的说法正确的是【 】
A. 当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮
B. 当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮
C. 当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮
D. 当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮
【答案】C
【解析】当温度低于90℃时，温度计中的水银面与金属丝的下端不接触，电磁铁电路断路，电磁铁中没有电流通过，无磁性，弹簧将衔铁拉起，绿灯电路接通绿灯亮，红灯和电铃电路断开，红灯不亮，电铃不响；
当温度达到90℃时，温度计中的水银面与金属丝的下端接触，电磁铁电路接通，电磁铁中有电流通过，有磁性，吸下衔铁，红灯和电铃电路接通，红灯亮，电铃响；绿灯电路断开，绿灯熄灭。
【课后作业】练习与应用： 1、2、3、4题