【沪粤2024版】九下16.4 电磁继电器与自动控制 核心素养教学设计

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《16.4电磁继电器与自动控制》教学设计
课题 4.电磁继电器与自动控制 单元 16 学科 物理 年级 九下
教材分析 本节内容选自沪粤版九年级下册第十六章第四节，是“电与磁”单元的重要组成部分。教材以生活中的实际应用为切入点，通过介绍电磁继电器的结构、工作原理及其在自动控制中的典型应用，帮助学生理解电磁铁如何实现“小电流控制大电流”的核心功能。教材不仅呈现了电磁继电器的基本构造和工作流程，还设置了多个探究性活动，如观察实物、连接电路、分析报警器原理等，体现了从现象到本质、从知识到应用的科学思维路径。该内容在培养学生物理观念、科学探究能力以及技术与社会关系认知方面具有重要作用，是连接电磁学理论与工程实践的关键桥梁。21世纪教育独家资源
2022新课标要求 1.了解构造与实质：知道电磁继电器是由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等组成的；理解它实质上是一个利用电磁铁来控制工作电路通断的开关 。2.理解工作原理：能够阐述电磁继电器是如何通过控制电路（低压）的通断来间接控制工作电路（高压）的通断的 。3.认识应用价值：了解电磁继电器在自动化控制、远距离操作以及安全防护（如防触电、防爆）中的实际应
学习目标与核心素养 1.物理观念（1）能说明电磁继电器的结构及工作原理。（2）会连接用电磁继电器进行自动控制的简单电路。（3）了解电磁继电器在生产、生活中进行自动控制的应用2.科学思维（1）能基于实验现象提出“控制电路能否带动工作电路？”的合理猜想，并设计对比实验验证。（2）能运用类比法分析电磁继电器与开关的关系，建立“自动开关”的模型思维。3.科学探究（1）能独立完成电磁继电器的控制电路与工作电路连接操作，记录并分析衔铁动作与触点状态变化。（2）能根据温度报警器原理图，推导出金属丝接触后触发报警的完整过程，提升因果推理能力。3.科学态度与责任能意识到电磁继电器在危险环境（如爆破现场、医院透视室）中的安全保障价值，增强技术伦理意识。
九年级学生已掌握电流的磁效应、电磁铁的基本特性及影响磁性强弱的因素，具备一定的电学基础知识。他们对生活中常见的电器设备（如电风扇、门铃、自动门）有直观体验，但缺乏对其内部控制机制的深入理解。部分学生在电路连接、开关状态判断、电流方向与磁场关系等方面仍存在思维误区。此外，抽象逻辑推理能力尚在发展中，对“控制电路”与“工作电路”之间的隔离机制理解困难。因此，在教学中应注重情境创设、实物观察与动手操作相结合，通过“任务驱动+问题链引导”方式降低认知负荷，激发探究兴趣，突破“小电流控大电流”这一关键难点。
重点 了解电磁继电器的结构和工作原理。
难点 会连接用电磁继电器进行自动控制的简单电路，并简要说明电路的工作过程。
材料准备 电磁继电器实物模型、多媒体课件、电路连接导线、小灯泡、电源、开关、滑动变阻器、土壤湿度传感器、电磁继电器、微型水泵、5V和12V直流电源、定时器、导线。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入视频：龙门吊起重过程视频：新型排爆机器人思考：他们是怎么安全操控这些“大家伙”的呢？这就是我们今天要学习的电磁继电器与自动控制。 学生观看视频思考问题 激发学生学习的兴趣，引出本节课题
讲授新课 一、电磁继电器1. 电磁继电器是利用低电压、弱电流控制电路的通断，来间接地控制高电压、强电流工作电路通断的装置。2.电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。3.观察电磁继电器（1）电磁继电器的构造如图所示：由电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点、静触点线圈引出线等组成。（2）各部件的作用①电磁铁:通电时产生磁性，吸引衔铁；断电时磁性消失，释放衔铁，是电磁继电器的核心驱动部件。21世纪教育独家资源②衔铁：连接动触点，受电磁铁吸引或弹簧拉力运动，实现触点的开闭转换。③复位弹簧：电磁铁断电时，提供拉力使衔铁复位，恢复初始触点状态④动触点：随衔铁一起运动，可与不同的静触点接触或分离，实现电路的通断切换。⑤静触点：固定不动，与动触点配合，分别连接控制电路和工作电路，完成电路的导通与断开。⑥线圈引出线：连接外部控制电路，为电磁铁提供电流，控制其通断状态。二、用电磁继电器进行自动控制活动2 学习使用电磁继电器（一）电磁继电器1.电磁继电器的工作电路和控制电路（1）左侧为控制电路：由低压电源、开关和电磁铁组成，控制电磁铁的通断电，实现对工作电路的间接控制。 （2）右侧为工作电路：用电器的额定电压、用电器和触点系统组成，是被控制的电路，可承载大功率、高电压的工作负载。（3）触点A、B：常闭触点，不通电时接触。触点B、C：常开触点，通电时接触。2.实验目的（1）理解电磁继电器“用低电压弱电流控制高电压强电流”的工作原理。（2）掌握电磁继电器的控制逻辑，理解控制电路与工作电路的关联。3.实验器材电磁继电器线圈、低压电源、开关S1 、开关S2、2个小灯泡、电源（匹配灯泡额定电压）、导线4.实验步骤（1）连接控制电路21世纪教育独家资源①根据继电器标出的“线圈额定电压”，将电源、开关S1与线圈连接起来。②闭合开关S1，注意观察衔铁是如何动作的，A、B触点及B、C触点的状态是如何转换的。断开开关S1，情况又怎样？(2)连接工作电路根据用电器(小灯泡)的额定电压，将电源、开关S2、小灯泡接入电路。闭合开关S2，观察S1断开和闭合时两灯的发光情况。5.实验现象（1）闭合开关S1 ，衔铁被________________运动，A、B常闭触点______，B、C常开触点_________；（2）断开S1衔铁被_________________ ，A、B常闭触点______，B、C常开触点_________。答案：电磁铁吸引向下 断开 闭合 复位弹簧拉动复位 闭合 断开 （3）闭合S2保持S1断开：观察到绿灯_____、红灯______；（4）闭合S1：观察到绿灯_____、红灯________。答案：亮 灭 灭 亮思考讨论：请试着叙述一下控制电路是如何控制工作电路的？21世纪教育独家资源参考答案：闭合控制电路中的开关S1，电流通过电磁铁的线圈产生磁性，把衔铁吸下来，B、C 触点接通，红灯亮。断开开关S1，线圈中的电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁在弹簧的作用下与电磁铁分离，使触点B、C分开，A、B触点接通，绿灯亮。视频：电磁继电器（二）电磁继电器的安全应用1.高压、危险环境操作高压电路直接操作开关危险，爆破现场、X射线透视室等场所，通过电磁继电器实现远程安全控制；电磁继电器还常用于自动化设备中。X射线机器人可执行爆炸物处理、侦察及营救等任务的机器人。机器人1.机器人组成：感知系统、机械系统、控制系统、驱动系统，控制系统核心含电磁继电器；它能根据事先设计的程序或在操作者的控制下，从事各种复杂或危险的工作。机器人足球赛可代替工人完成装配工作的机器人电磁继电器的应用实例（1）水位自动报警器原理水位没有到达金属块A时，绿灯亮；水位到达金属块A时，红灯亮。请说明它的工作原理。当水位没有到达金属块A时，A、B之间断路，电磁继电器中没有电流，衔铁被弹簧拉起与上面的触点接通，绿灯所在电路构成通路，绿灯亮；当水位到达金属块A时，由于水能导电，A、B之间形成通路，电磁继电器中有电流经过，衔铁被电磁铁吸下与下面的触点接通，红灯所在电路构成通路，红灯亮。（2）温度自动报警器制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。温度升高时，水银柱上升，与上方金属丝连通，使左侧形成通路，电磁铁中有电流通过，电磁铁吸引衔铁，使触点接触，右侧电路接通，电铃发出报警信号。跨学科实践设计家庭养花自动浇水装置思考：若全家外出旅游一段时间时，如何按时给花浇水 有没有自动浇花装置呢 你能自己设计一个吗？（一）方案制定与实施21世纪教育独家资源1.方案：利用电磁继电器和传感器，设计定时定量的自动浇水装置。2.实施（1）实验材料土壤湿度传感器、电磁继电器、微型水泵、5V和12V直流电源、定时器、导线。（2）实验原理湿度传感器采集花盆湿度信号传到信息处理器；信息处理器根据不同花草对湿度的需求调节湿度信号；信息处理器将采集到的湿度信号传到继电器；继电器通过湿度信号控制水泵的通与断，当花盆内土壤湿度较低时水泵接通，花盆内土壤湿度较高时水泵断开，从而达到对花草自动浇水的目的。（3）实验步骤①将土壤湿度传感器的引脚分别连接电源正负极，信号引脚连接继电器的信号输入端。②把继电器引脚接5V电源，继电器的常开接口连接微型水泵和12V电源（水泵功率大时需匹配对应电压）。③将定时器输出端串联在传感器与继电器的信号回路中，设定浇水间隔和单次浇水时长。（二）成果展示与交流1.将制作好的自动浇花装置接入盆栽进行测试，观察其能否在土壤变干时自动启动浇水。思考讨论：如果要提升装置的适用性，你能说出可行的改进方法吗？参考答案：增加一个时钟模块，使其能够在特定时间段内才执行浇水任务，避免夜间浇水。还可加入太阳能电池板和小型蓄电池，使系统完全能源自给，更适合阳台使用。思考讨论：在制作或使用过程中应注意哪些问题？参考答案：所有电路连接必须在断电情况下进行，防止短路烧毁元件。水泵不能长时间空转，以免损坏电机。注意电源的电压与电流必须与水泵和工作模块的要求匹配。 观察教师拆解实物，对照结构图识别各部件，记录：“电磁铁、衔铁、复位弹簧、触点是核心部件”；了解记忆各部件的作用学生认识电磁继电器的双电路知道它们的组成以及作用学生聆听实验目的、器材实验步骤并观察实验现象学生记录实验现象阅读课文观看视频了解电磁继电器的安全应用阅读课文观看视频了解现代的科技学生理解水位自动报警器原理和温度自动报警器学生动手操纵设计家庭养花自动浇水装置 锻炼学生的观察能力，并为进一步学习打下基础锻炼学生的理解能力以及逻辑思维能力为学习使用电磁继电器打下基础锻炼学生的观察记忆，以及逻辑思维能力锻炼学生的逻辑思维能力锻炼学生的自主学习能力激发学生学习的热情拓展学生的知识面，能意识到电磁继电器在危险环境（如爆破现场、医院透视室）中的安全保障价值，增强技术伦理意识。锻炼学生分析问题解决问题的能力锻炼学生的动手能力，体会科技与生活紧密相连
课堂练习 1．下图是一种水位自动报警器原理图，关于它的工作原理，下列说法正确的是（　　）A．水位升高到金属块A时，绿灯亮B．水位升高到金属块A时，电磁铁通电C．水位没有到达金属块A时，电磁铁上端为N极D．为使报警器在更低的水位能报警，可以下降B的高度【答案】B【详解】先看AB．水位升高到金属块A时，控制电路接通，电磁铁产生磁性，衔铁被吸下，红灯亮，故A错误，B正确；C．水位没有到达金属块A时，控制电路断路，电磁铁无磁性，故C错误；D．金属块A比金属块B位置高，因此金属块A的位置为报警水位，为使报警器在更低的水位能报警，应下降金属块A的高度，故D错误。故选B。2.如图是小明设计的检测汽车尾气浓度的电路图，电源电压恒定，为定值电阻，气敏电阻的阻值随尾气浓度的增大而减小，当尾气浓度高于某一设定值时，电铃（图中未画出）报警。下列判断正确的是（　　）A．电磁铁的上端为S极B．尾气浓度增大时，电磁铁磁性减弱C．该电路利用了电磁感应原理工作D．电铃应该安装在接线柱CD之间【答案】D【详解】A．由安培定则可知电磁铁的上端为N极，故A错误；B．控制电路中，尾气浓度高于某一设定值时，气敏电阻的阻值变小，电磁铁线圈电流变大磁性增强，故B错误；C．图中应用的是电磁铁，电磁铁是根据电流的磁效应原理工作的，电磁感应原理是发电机的原理，故C错误；D．当尾气浓度增大时，衔铁被吸下，电铃响起，电铃应该安装在接线柱CD之间，故D正确。故选D。3.如图所示，虚线框内是电磁继电器，其中A是 。当开关S断开时灯 亮，开关S闭合时灯 亮。【答案】 电磁铁 【详解】[1]电磁继电器的核心部件是电磁铁（图中A为线圈绕制的电磁铁），通电时产生磁性，控制触点通断。[2]开关S断开时，线圈中没有电流，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧作用下复位，此时L1所在电路接通，故L1亮。 [3]开关S闭合时，线圈中有电流，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使L2所在电路接通，故L2亮。
课堂小结 电磁继电器与自动控制1.利用低电压、弱电流控制电路的通断，来间接地控制高电压、强电流工作电路通断的装置。2.核心结构：由电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点、静触点线圈引出线等组成。3.电磁继电器由工作电路和控制电路组成4.电磁继电器的工作原理5.应用：高压、危险环境操作以及自动化设备。 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 电磁继电器与自动控制一、电磁继电器1.电磁继电器利用低电压、弱电流控制电路的通断，来间接地控制高电压、强电流工作电路通断的装置。2.电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。3.观察电磁继电器（1）由电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点、静触点线圈引出线等组成。（2）各部件的作用二、用电磁继电器进行自动控制1.学习使用电磁继电器(1)电磁继电器的工作电路和控制电路(2)电磁继电器的工作原理2.电磁继电器的安全应用三、设计家庭养花自动浇水装置
课外拓展/课外阅读内容 《趣味物理实验》（别莱利曼 著）经典科普读物，从趣味实验角度切入电磁控制知识，用生活化的案例解释“低压控制高压”的核心逻辑，可读性强。
特色资源分析和技术手段说明 生活实物资源：废旧饮水机的电磁继电器、温控组件、声光控开关拆解件，让学生直观观察热敏电阻、的实际结构，感受“理论源于生活”的物理本质。
教学反思 通过“生活实例+实验演示”的组合，学生能快速掌握电磁继电器的基本构造和工作原理，课堂参与度较高； 但部分学生对“控制电路的电流变化如何影响工作电路”的逻辑链条理解不深入，尤其在分析中考综合应用题时，难以快速区分两电路的电压、电阻关系；实物实验中，学生存在电路连接不规范、继电器触点接触不良等问题，且动手操作时间分配不足，导致部分学生未能完成完整实验流程；理论联系实际的深度不够，对生活中复杂自动控制装置的拆解分析较少。增加分层实验任务，基础层侧重电路连接与现象观察，提高层侧重条件改变（如调整滑动变阻器阻值）后的现象分析；利用微课视频预习电路连接步骤，减少课堂操作失误；引入更多生活实物拆解活动，结合中考真题强化“原理→应用”的思维转化；成立兴趣小组，开展复杂报警器制作项目，延伸课后探究深度。
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