人教版九年级物理全一册 20.3电磁铁 电磁继电器 教案

电磁铁
电磁继电器教案
一、学习目标：
1.
知道电磁铁的构造和工作原理。
2.
了解电磁铁的磁性大小与通入电流的大小、电磁铁的外形及匝数有关，磁极极性与通入的电流方向有关，有无磁性可由通断电流控制。
3.
知道电磁铁的有关应用。
4.
了解电磁继电器的构造及工作原理。
5.
知道电磁继电器的应用。
二、重点、难点：
重点：研究电磁铁的特点，电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系。
难点：电磁继电器的有关应用。
三、考点分析：
1.
考查重点：电磁铁的特点和应用，电磁继电器的构造、工作原理及应用。
2.
题型：填空题、选择题、实验题。
3.
在中考中所占的分值为3-5分，占总分值的4％左右。
一、电磁铁
1.
电磁铁：内部插入铁芯的螺线管。
2.
影响电磁铁磁性强弱的因素：
电磁铁线圈的匝数越多、线圈的横截面积越大、通过线圈的电流越强，线圈的磁场就越强；线圈中间插入铁芯后，磁场会大大增强
3.
优点：电磁铁磁性的有无用通断电来控制，磁性强弱用电流大小来控制；它的南北极用电流方向来控制；使用起来非常方便。
4.
应用：电磁起重机、电铃、发电机、电动机等。
二、电磁继电器
1.
结构：电磁继电器由电磁铁、衔铁、弹簧、静触点、动触点等组成。
2.
原理：电磁继电器是利用电流的磁效应工作的。
3.
电磁继电器的实质就是利用电磁铁控制工作电路通、断的开关。
4.
电磁继电器的应用：利用电磁继电器可以实现用低电压、弱电流来控制高电压、强电流的工作；也可以实现远距离操纵和自动控制。如：电铃、水位自动报警器、防盗报警器等。



电铃
水位自动报警器





恒温箱报警器
防盗报警器
三、电磁阀门



1.
结构：电磁阀由阀体、滑阀、衔铁、电磁线圈等组成。
2.
工作原理：电磁阀车门是通过改变线圈中电流的通断，来实现磁性的有无的，电磁铁的移动带动滑阀移动，完成车门的关闭和打开。
3.
电磁阀的其他应用：燃气热水器的电磁阀门、全自动洗衣机的进、排水系统等。
四、磁悬浮列车
1.
磁悬浮列车的工作原理：磁悬浮列车主要依靠磁场作用来实现支撑、导向、牵引和制动功能。列车运行时，列车上的电磁铁与轨道线圈产生的磁场发生相互作用使列车受到很大的向上的托力，列车就会浮在轨道的上方。使列车运行的摩擦减小，大大提高车速。
2.
磁悬浮列车的优点：高速、舒适、无噪音、无污染、能耗低。
典型例题
知识点一：电磁铁的特点和电磁铁磁性强弱的影响因素
例1.
为什么电磁铁的磁性比空心螺线管的磁性强得多？电磁铁的铁芯起什么作用？能用铜芯或铝芯代替吗？为什么？
思路分析：
1）题意分析：本题考查电磁铁的特点
2）解题思路：通电螺线管的内部和外部都存在磁场，当插入铁芯后，铁芯被磁化变成一个磁体，它的磁极与通电螺线管的磁极相同。增强了螺线管的磁性，因此电磁铁的磁性比空心螺线管的磁性强得多。
解答过程：铁芯被磁化变成一个磁体，它的磁极与通电螺线管的磁极相同。增强了螺线管的磁性。电磁铁的铁芯起了增强螺线管磁性的作用。不能用铜芯或铝芯代替铁芯，因为铜和铝不是磁性材料，不能磁化，不能成为磁体。
解题后的思考：在一个通电螺线管中插入一根软铁棒就制作成了一个电磁铁，它的磁极与通电螺线管的磁极相同，增强了螺线管的磁性。
例2.
如图所示，一根弹簧的上端固定，下端挂一个铁块a，铁块的正下方有一个电磁铁b，滑动变阻器的滑动头P初始时置于最右端。若b固定，闭合开关S，则铁块a_______移动；稳定后，当金属滑动头P自右向左移动时，铁块a向______移动。
思路分析：
1）题意分析：一根弹簧的上端固定，下端挂一个铁块a，铁块的正下方有一个电磁铁b，滑动变阻器的滑动头P初始时置于最右端。若b固定，闭合开关S，求铁块a的移动情况；稳定后，当金属滑动头P自右向左移动时，求铁块a的移动情况。
2）解题思路：在没有闭合开关S前，电磁铁b没有磁性，铁块a只受重力作用。闭合开关S后，电磁铁b中有电流通过，电磁铁b有了磁性，对铁块a有了吸引力，所以铁块a向下移动。当滑动变阻器的滑动头P自右向左移动时，滑动变阻器连入电路中的电阻减小，所以电路中的电流增大，电磁铁b的磁性增强，对铁块a的吸引力增大，故铁块a向下移动。
解答过程：向下，下。
解题后的思考：电磁铁的磁性强弱受通过线圈的电流影响。
例3.
小华同学在做“探究电磁铁”的实验中，使用两个相同的大铁钉绕制成电磁铁进行实验，如图所示，下列说法中正确的是
（
）
A.
要使电磁铁磁性增强，应将变阻器的滑动片向右滑动
B.
电磁铁能吸引的大头针越多，表明它的磁性越强
C.
电磁铁B磁性较强，所以通过它的电流较大
D.
若将两电磁铁上部靠近，会相互吸引
思路分析：
1）题意分析：本题考查探究电磁铁磁性强弱的实验
2）解题思路：A选项滑片向右滑动，电阻变大，电流变小，电磁铁的磁性变弱；B选项通过吸引大头针的多少来判断磁性强弱，正确；C选项两个电磁铁串联电流相同，电磁铁B磁性较强是因为线圈匝数多；D选项根据安培定则，两个电磁铁的上端都为N极，会相互排斥。
解答过程：B
解题后的思考：电磁铁线圈的匝数越多、线圈的横截面积越大、通过线圈的电流越强，线圈的磁场就越强；线圈中间插入铁芯后，磁场会大大增强。
例4.
为了探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，小丽同学作出以下猜想：
猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性；
猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强；
猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。
为了检验上述猜想是否正确，小丽所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案：
用漆包线（表面涂有绝缘漆的导线）在大铁钉上缠绕若干圈，制成简单的电磁铁。如图所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况。根据小丽的猜想和实验，完成下面填空：
（1）通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它
的不同。
（2）通过比较
两种情况，可以验证猜想A是正确的。
（3）通过比较
两种情况，可以验证猜想B是正确的。
（4）通过比较d中甲、乙两电磁铁，发现猜想C不全面，应补充
。
思路分析：
1）题意分析：本题考查探究电磁铁磁性强弱的实验的操作。
2）解题思路：本实验中通过观察电磁铁吸引大头针数目的多少来判断电磁铁的磁性强弱，该方法为转化法；研究磁性与电流的关系时，控制线圈匝数相同，研究磁性与线圈匝数的关系时，控制电流相同，用到控制变量法。
解答过程：（1）磁性强弱（2）a、b（3）b、c（4）电流相同时，线圈的匝数越多，它的磁性越强。
解题后的思考：电磁铁线圈的匝数越多、线圈的横截面积越大、通过线圈的电流越强，线圈的磁场就越强；线圈中间插入铁芯后，磁场会大大增强，另外注意控制变量法和（转化法）的使用。
例5.
如图所示，闭合开关S，小铁块被吸起，下列说法正确的是[
]
A.
将小铁块吸起的力是铁芯与铁块之间的分子引力
B.
用手托住小铁块，将电源的正负极对调，闭合开关S，稍后手松开，小铁块一定落下
C.
滑动变阻器的滑片向上移动，小铁块可能落下
D.
滑动变阻器的滑片向下移动，小铁块可能落下


思路分析：
1）题意分析：闭合开关S，小铁块被吸起的情况分析。
2）解题思路：通电螺线管和条形磁铁一样，都具有磁性，能够吸引铁类物质；对调电源正负极，改变电流方向，能够改变通电螺线管的磁极，但它仍然能够吸引铁类物质；移动滑片，改变电流的大小，能够改变通电螺线管的磁场强弱。磁场越强（弱），对铁块的吸引力就越大（小）。当吸引力小于重力时，铁块就要掉下来。
解答过程：D
解题后的思考：电磁铁线圈通过线圈的电流越强，线圈的磁场就越强，对铁块的吸引力就越大。
小结：在一个通电螺线管中插入一根软铁棒就制作成了一个电磁铁。线圈的匝数越多、线圈的横截面积越大、通过线圈的电流越强，线圈的磁场就越强；线圈中间插入铁芯，磁性大大增强。
知识点二：电磁继电器的应用
例1.
如图甲所示，将一对磁性材料制成的弹性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有间隙，就制成了一种磁控元件——干簧管，以实现自动控制。某同学自制了一个线圈，将它套在干簧管上，制成一个干簧继电器，用来控制灯泡的亮灭，如图乙所示。干簧继电器在工作中所利用的电磁现象不包括（
）
A.
电流的磁效应
B.
磁场对电流的作用
C.
磁极间的相互作用
D.
磁化
甲
乙
思路分析：
1）题意分析：本题考查电磁继电器的应用。
2）解题思路：右边电路闭合后，通电螺线管有磁性，把干簧管内的舌簧磁化，两个舌簧重叠的部分磁极不同，相互吸引，把左边电路接通，灯泡发光。
解答过程：
B
解题后的思考：电磁继电器的实质就是利用电磁铁控制工作电路通、断的开关。
例2.
如图是张强同学在研究性学习活动中为某仓库设计的一种防盗报警器，其踏板放在仓库的门口，电铃和灯泡放在值班室内.观察电路可知，这个报警器的工作原理是:有人踩踏板时________________；无人踩踏板时____________________________。


思路分析：
1）题意分析：本题考查防盗报警器的工作原理。
2）解题思路：电磁继电器实际上就是一个开关，利用电磁铁吸引衔铁，使工作电路以不同的方式接通。
解答过程：绿灯不亮，电铃响；绿灯亮，电铃不响
解题后的思考：电磁继电器实际上就是一个开关。
例3.
如图，用电磁继电器控制电路。要求：当开关S闭合时，电动机工作，带动抽水机向水箱送水；当开关S打开后，绿灯发光，告诉人们水箱中有水，在图中画上连接线。
思路分析：
1）题意分析：本题考查水位报警器的工作原理。
2）解题思路：电磁继电器实际上就是一个开关，利用电磁铁吸引衔铁，使工作电路以不同的方式接通。
解答过程：
解题后的思考：电磁继电器实际上就是一个开关。
小结：电磁继电器的实质就是利用电磁铁控制工作电路通、断的开关。电磁继电器的应用：利用电磁继电器可以实现用低电压、弱电流来控制高电压、强电流的工作；也可以实现远距离操纵和自动控制。
提分技巧
1.
电磁铁的特点：有无磁性可由通断电流控制。
2.
电磁继电器通过控制电路中的电流变化来改变电磁铁的磁性，从而实现对工作电路的控制，进而实现利用低压电路控制高压电路，小电流控制大电流，达到远距离操纵或自动控制的目的。
预习导学
1.
通电导体在磁场中会受到力的作用，力的方向与导体中的电流方向和磁场方向有什么关系？
2.
直流电动机的工作原理是什么？
3.
怎样改变直流电动机转动的方向？
同步练习（答题时间：45分钟）
一、选择题
1.
如图所示：c是条形磁铁，d是软铁棒，闭合开关S时（
）
A.
若c被吸引，则可判定b为电源正极
B.
若c被排斥，则可判定b为电源正极
C.
若d被吸引，则可判定a为电源正极
D.
若d被吸引，则可判定b为电源正极
2.
下列不属于电磁铁的应用的是（
）
A.
电磁继电器
B.
电灯
C.
电磁起重机
D.
电铃
3.
如图所示，在电磁铁的上方用弹簧悬挂着一条形铁棒，开关S闭合后，当滑片P从a端向b端移动的过程中，会出现的现象是[
]
A.
电流表示数变大，弹簧长度变长
B.
电流表示数变大，弹簧长度变短
C.
电流表示数变小，弹簧长度变长
D.
电流表示数变小，弹簧长度变短


4.
如图所示，当闭合开关S
，且将滑动变阻器滑片P
向右移动时，图中的电磁铁（
）
A.
a端是N极，磁性增强
B.
a
端是S
极，磁性增强
C.
b端是N极，磁性减弱
D.
b
端是S
极，磁性减弱


二、填空题
5.
下图是由电磁铁P构成的自动空气开关的原理图，当电路由于短路或__________等原因导致电流过大时，_________的磁性变强，吸引衔铁Q的力变大，使衔铁转动，闸刀在弹力的作用下自动开启，切断电路，起到保险作用。
6.
电磁继电器的电路由____电路和____电路两部分组成。利用电磁继电器可进行________操作。
7.
在探究电磁铁磁性的实验中，我们发现，被吸引的大头针都不是自然下垂的，而是处于相互排斥的状态，产生这一现象的原因是___________________________________。
8.
如图所示，开关S闭合时电磁铁的左端为____极，要使电磁铁的磁性增强，滑动变阻器的滑动头P应向__
_移动；要使电磁铁没有磁性则可以______________。
9.
把一枚大铁钉弯成U形，制成一个U形电磁铁，如图，试在图中标出电磁铁的N、S极。
10.
光电门是常见的一种自动控制门，门上有一个光电管，也就是电眼。当有人靠近门时，光电管所在的控制电路的电流发生变化。假如电流是减少的，则开启门的电动机应该如何连接，请连接下图电路，并指出静触点A、B哪个是常闭状态。
三、实验题
11.
当你在自制电磁铁时，应该了解以下与电磁铁有关的知识：
（1）关于铁芯：____________________________________________________。
（2）关于线圈的匝数：______________________________________________。
（3）关于电流方向：_________________________________________________。
（4）关于电流大小：_________________________________________________。
（5）关于电流有无___________________________________________________。
（6）直观地判断电磁铁的磁性变强或变弱的方法是________________________。
12.
小华同学想用压力传感器（当压力达到设定值时，它就接通电路）和电磁继电器为大桥设计一个测试车辆是否超重的装置，当车辆超重时，信号灯就发光，如图所示，请你为她连接电路。
试题答案
一、选择题:
1.
A
电磁铁的磁性大小与通入电流的大小、电磁铁的外形及匝数有关，磁极的极性与通入的电流方向有关.
2.
B
电磁继电器，电磁起重机，电铃都属于电磁铁的应用。
3.
D
滑片从a向b移动时，电阻增大，电流减小，所以通电螺线管的磁性减弱。对铁棒的吸引能力减弱，所以铁棒被弹簧拉起，弹簧长度变短。
4.
C
根据安培定则判断螺线管b
端是N极，滑动变阻器滑片P
向右移动时，电阻变大，电流变小，磁性减弱。
二、填空题:
5.
总功率过大；通电螺线管
提示：要认真揣摩各个元件之间的相互联系（电流增大，通电螺线管的磁性增强），结合具体的情境，认真分析电路的通断情况。
6.
控制、工作、远距离
7.
大头针都被磁化了，每个大头针的下端都是同名磁极，相互排斥。
8.
S、左端、断开S。
9.
如图：
10.
静触点A是常闭状态。
三、实验题
11.
（1）铁芯是用软铁制成的，通电螺线管中插入铁芯磁性增强。
（2）线圈匝数是指所绕导线的圈数；线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
（3）通电螺线管中的电流方向改变，电磁铁的磁极改变。
（4）通电螺线管中的电流大小改变，电磁铁的磁性改变。
（5）通电螺线管有电流，电磁铁有磁性；通电螺线管无电流，电磁铁无磁性。
（6）吸引的铁屑或大头针越多，电磁铁的磁性越强。
12.
如图：