14.4 电磁铁及其应用
导学目标
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.了解电磁继电器、电磁阀的结构和工作原理。
4.通过了解物理知识的实际应用，认识科学发明就在我们身边，认识科学及其相关技术对
社会发展、人类生活的影响。
重点：电磁铁磁性强弱的影响因素。
难点：电磁继电器、电磁阀的工作原理。
自主学习
电磁铁
1.插入铁芯的通电螺线管称为 。
2.电磁铁通电时 磁性，断电时 磁性。电磁铁的磁性强弱与 、 有关。
线圈匝数相同时，电流越 ，磁性越 ；相同外形的螺线管，电流相同时，匝数
越 ，磁性越强。
3. 电磁铁在实际生产中的应用有： 。
4.电磁继电器由 组成。其工作电路由 电路和
电路两部分组成。
5.原理：当闭合开关， 流过线圈时，电磁铁把衔铁向右 ，推杆右端上 升，
推动弹簧片向上，与 端金属片的触点接通，与下端金属片的触点 。当断开开
关，电磁铁失去 ，衔铁被释放，弹簧片的弹力使它恢复原来位置，与上端金
属片的触点断开，与下端金属片的触点接通。
6. 电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种 。
7.公共汽车利用压缩空气开关车门时，由 进行控制。电磁阀由
组成。阀体是 的，进气管连接 ，排气管与 相通。另两根
与 相连接。
合作探究
1.制作电磁铁
插入铁芯的通电螺线管称为 。
想一想：为什么插入铁棒后，通电螺线管的磁性会增强呢？电磁铁的芯应当用软铁还是钢？为什么？
填一填：给螺线管通电，它的周围就会产生 ，铁芯插入通电螺线管，铁芯 ，也要产生磁场，于是通电螺线管的周围既有 产生的磁场，又有 产生的磁场，因而磁场大大增强了。
2.电磁铁的磁性强弱与什么因素有关
想一想：把电磁铁与永磁体相比，有些什么特点呢？它的磁性强弱与哪些因素有关呢？
这个实验设计怎样的电路？怎样来判断电磁铁的磁性强弱？用到什么研究方法？
学生生讨论，达成一致做法。
进行实验（如图14-26）： （实验中注意记录实验现象和实验数据！）
（1）电磁铁的磁性与通电、断电的关系。
（2）电磁铁的磁性强弱与电流大小关系。
（3）电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系。
总结规律：
电磁铁通电 磁性，断电时 磁性；电磁铁的磁性强弱和 、
有关；线圈匝数相同时，电流大，磁性 ；相同外形的螺线管，电流相同时，匝数多，磁性 。
3.电磁继电器
小组交流：如图教材14-30，电磁继电器的工作原理如何？
归纳：当闭合开关，电流流过线圈时，电磁铁把衔铁 ，推杆右端上升，推动弹簧片向上，与 金属片的触点接通，与 金属片的触点断开。当断开开关，电磁铁 磁性，衔铁被释放，弹簧片的弹力使它恢复原来位置，与上端金属片的触点断开，与下端金属片的触点接通。
交流讨论：
1.说出教材图14-31电路的工作过程。
2.说出图14-33中电铃的工作原理。
4.认识电磁阀车门
阅读151页的相关内容，仔细观察图片14-34，讨论交流：
?打开车门时，电磁阀的工作过程：要打开车门时，开关S接通触电1， 侧的线圈通电， 侧的 吸入线圈，则，横杆将滑阀推到 端，此时，滑阀下的空间与 端的管路相通。于是，储气筒中储存的压缩空气就进入汽缸 部，推动活塞向 运动，使车门打开，同时汽缸中右部的气体由排气管排入大气。
?关闭车门时，电磁阀的工作过程。
当堂检测
1.一种自动水位显示器的原理图如图所示，对于该自动水位显示器，说法正确的是( )
A．水位上升到B时，电磁铁通电，红灯亮报警
B．水位上升到B时，电磁铁断电，绿灯亮报警
C．水位下降到A时，电磁铁断电，红灯亮报警
D．水位下降到A时，电磁铁通电，绿灯亮报警
2.如图是某同学连接的电铃电路，开关闭合后，电路中始终有电流，但电铃只响一声就不再响了，原因是( )
A．电磁铁始终没有磁性 B．衔铁没有向下运动
C．衔铁一直被电磁铁吸着不能回弹 D．电池正负极接反了
3．如图所示是电磁继电器的结构图。其中A是____________，B是____________，C是____________，D是______________。
4.如图所示，GMR是巨磁电阻(其电阻值在磁场中随磁性的增强而急剧减小)，当开关S1、S2都闭合时，电磁铁附近的小磁针处于静止状态，则小磁针的A端为________极；当滑片P向右滑动时，指示灯的亮度________(选填“变亮”“变暗”或“不变”)。
5．如图所示是温度自动报警器，当温度达到________℃时，电铃发声报警，此时电磁铁的左端是________极。
6．现在医学上使用的心肺机的功能之一是用“电动泵”替代心脏，推动血液循环。如图所示，阀门S1只能向外自由开启，反向则封闭管路；阀门S2只能向内自由开启，反向则封闭管路。当线圈中的电流从a流向b时，线圈的右端为________极，此时活塞将向________运动。为了使活塞往复运动，可以采取得方法是____________________。
7.为了探究“电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”，某实验小组做了以下几次实验，实验现象如图所示。根据图示现象回答下列问题。
(1)观察图甲中A与B两个电磁铁，当通过线圈的电流相同时，电磁铁线圈的匝数越多，它的磁性就越__________。
(2)观察图乙与图丙，当线圈的匝数相同时，通过电磁铁的电流越________，它的磁性就越强。
（3）这个实验可以得出的结论是 。
我的收获
14.4 电磁铁及其应用
一、知识与技能
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.了解电磁继电器、电磁阀的结构和工作原理.
二、过程与方法
通过了解物理知识的实际应用,认识科学发明就在我们身边,认识科学及其相关技术对社会发展、人类生活的影响,提高学习物理知识的兴趣.
三、情感态度与价值观
1.体验探索科学的乐趣,养成主动与他人交流合作的意识和态度.
2.使学生在经历分析、观察的过程中体会学习探究的乐趣.
【重点难点】
重点:电磁铁磁性强弱的影响因素.
难点:电磁继电器、电磁阀的工作原理.
【新课导入】
导入1:情景导入
多媒体播放视频片段:电磁起重机
师:我们从视频中看到,这个电磁起重机具有强大的磁性,一次可以吸起上千吨的重物,那它又是怎么轻易的将这些重物放下来的呢?
生:去掉它的磁性.
师:很好!对于普通的磁体,是不能轻易去掉它的磁性的,我们今天来看一下电磁铁及其应用.
导入2:复习导入
师:什么是通电螺线管?通电螺线管的N极、S极如何判断?通电螺线管相当于什么磁体?
生:回答.
师:有没有办法让通电螺线管的磁性更强一些呢?让我们走进今天的物理课堂:电磁铁及其应用.
导入3:问题导入
师:工厂内的大型机械工作时,常常会有几十安的电流通过,如果工人师傅直接操作高压电路的开关,是很危险的,如果能够想些办法,让工人师傅在低压下操作高压电路,那可就安全多了.那到底有没有这样的方法呢?
导入:这节课我们就来学习电磁铁及其应用.
【课堂探究】
一、电磁铁
1.制作电磁铁
提问:要使螺线管的周围产生磁场,根据我们学过的知识,可采用什么方法?
回答:给螺线管通电,它的周围就会产生磁场.
提问:如果要使通电螺线管的磁性增强,应该怎么办呢?
学生讨论:
学生实验:给螺线管通电,观察离螺线管较远处小磁针的偏转情况.再观察插入软铁棒后,小磁针的偏转情况,说明了什么?
现象:无软铁棒时,小磁针偏转不明显,加入它后小磁针偏转明显,说明通电螺线管中插入软铁棒后磁性会增强.
提问:为什么插入铁棒后,通电螺线管的磁性会增强呢?
讨论:铁芯插入通电螺线管,铁芯被磁化,也要产生磁场,于是通电螺线管的周围既有电流产生的磁场,又有磁铁产生的磁场,因而磁场大大增强了.
提问:电磁铁的芯应当用软铁还是钢?为什么?
板书:插入铁芯的通电螺线管称为电磁铁.
2.电磁铁的磁性强弱与什么因素有关
我们把电磁铁与永磁体相比,有些什么特点呢?它的磁性强弱与哪些因素有关呢?
猜想:
(1)电磁铁的磁性是由螺线管通入电流后获得的,那么电磁铁的磁性有无是否与电流的有无有关?
(2)电磁铁的磁性是否与电流的大小有关?
(3)螺线管是由导线绕制成的,它的磁性强弱与线圈的匝数是否有关?
实验方案设计:
思考:这个实验设计怎样的电路?怎样来判断电磁铁的磁性强弱?用到什么研究方法?
学生讨论,达成一致做法.
进行实验(如图):(实验中注意记录实验现象和实验数据!)
(1)电磁铁的磁性与通电、断电的关系.
(2)电磁铁的磁性强弱与电流大小关系.
(3)电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系.
总结归纳:电磁铁通电有磁性,断电时无磁性;电磁铁的磁性强弱和电流大小、匝数多少有关;线圈匝数相同时,电流大,磁性强;相同外形的螺线管,电流相同时,匝数多,磁性强.
二、电磁铁的应用
提问:通过实验,我们知道了电磁铁的一些特点,电磁铁在实际生产中有哪些重要应用呢?
图片展示:讲解电磁起重机、电磁选矿机、电磁继电器、电磁阀、电铃.
下面重点学习电磁起重机和电磁阀控制车门.
1.电磁继电器
阅读教材的相关内容,仔细观察图片,回答下列问题:
(1)电磁继电器的结构有哪些?
(2)说出它的工作原理.
归纳:①构造:电磁继电器由电磁铁、衔铁、弹簧、触点组成.其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分组成.
②原理:当闭合开关,电流流过线圈时,电磁铁把衔铁向右吸合,推杆右端上升,推动弹簧片向上,与上端金属片的触点接通,与下端金属片的触点断开.当断开开关,电磁铁失去磁性,衔铁被释放,弹簧片的弹力使它恢复原来位置,与上端金属片的触点断开,与下端金属片的触点接通.
交流讨论:
(1)说出如图所示电路的工作过程.
引导分析:闭合S→控制电路接通→电磁铁有磁性→吸引衔铁→触点开关接通→高压电路接近→电动机工作.
断开S→控制电路断开→电磁铁磁性消失→弹簧复位→触点开关断开→高压电路断开→电动机停止工作.
演示:电磁继电器的控制作用,让学生观察触点闭合和断开的情况下,电动机的运转情况.
归纳:电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关.实现用低电压、弱电流电路控制高电压、强电流电路的通断,还可以把控制电路的开关安装在远处,实现远距离操作.既可以保障人身安全,又可以实现遥控和生产自动化.
(2)说出如图所示电铃的工作原理.
2.认识电磁阀车门
阅读教材的相关内容,仔细观察课本图,回答下列问题:
(1)公共汽车利用压缩空气开关车门时,由 电磁阀 进行控制.电磁阀由 阀体、滑阀、两块衔铁、两个电磁线圈 组成.阀体是 空心 的,进气管连接 储气筒 ,排气管与 大气 相通.另两根与 汽缸 相连接.?
(2)打开车门时,电磁阀的工作过程:要打开车门时,开关S接通触点1, 右 侧的线圈通电,把 左 侧的 衔铁 吸入线圈,则横杆将滑阀推到 左 端,此时,滑阀下面的空间与 左 端的管路相通.于是,储气筒中储存的压缩空气就进入汽缸 左 部,推动活塞向 右 运动,使车门打开,同时汽缸中右部的气体由排气管排入大气.?
(3)如图,说出关闭车门时,电磁阀的工作过程.
1.
探究影响电磁铁磁性强弱的因素时,按如图所示电路进行实验,每次实验总观察到电磁铁A吸引大头针的数目比B多,此实验说明影响电磁铁磁性强弱的因素是( B )
A.电流的方向 B.线圈的匝数
C.电流的大小 D.电磁铁的极性
2.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( C )
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
3.法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔,因发现巨磁电阻效应而获得2007年度诺贝尔物理奖.如图所示是研究巨磁电阻特性的原理示意图.实验发现,当闭合S1,S2后并使滑片P向右滑动的过程中,指示灯明显变暗,则下列说法正确的是( C )
A.电磁铁右端为N极
B.滑片P向右滑动过程中电磁铁的磁性增强
C.巨磁电阻的阻值随磁场的减弱而明显增大
D.巨磁电阻的阻值随磁场的减弱而明显减小
4.电磁铁的优点是:它的磁性有无可由 电流的通断 来控制,它的磁性的强弱可由 电流的大小 或 线圈的匝数 来控制,它的磁极性可由 电流的方向 来控制.?
5.
如图所示,是小新同学做“制作、研究电磁铁”实验的示意图,他在实验中发现大铁钉A比B能吸引更多的大头针,得出的结论是:当 电流 —定时,电磁铁的线圈匝数越多,磁性 越强 .将滑动变阻器的滑片向右移动时,大铁钉吸引的大头针将 变少 (填“变多”“变少”或“没有变化”),这说明电磁铁的磁性还与 电流的大小 有关.?
6.
如图所示,L是电磁铁,在电磁铁上方用弹簧悬挂一条形磁体.当S闭合后,弹簧的长度将 变短 ,如果变阻器的滑片P向右移动,弹簧的长度又将 变长 .(填“变长”“变短”或“不变”)?
电磁铁在生活中的应用
1.汽车领域
汽车中比较常见的继电器有:启动电动机的启动继电器、喇叭继电器、电动机或发电机断路继电器、充电电压和电流调节继电器、转变信号闪光继电器、灯光亮度控制继电器以及空调控制继电器、推拉门自动开闭控制继电器、玻璃窗升降控制继电器等.
2.家用电器
空调继电器主要用于控制压缩机电动机、风扇电动机和冷却泵电动机,以执行相关的控制功能.
3.工业控制继电器
主要的控制功能由通用交流继电器完成.通常由按钮或限位开关驱动继电器.继电器的触点可以控制电磁阀、较大的启动电机以及指示灯.
