2021学年第3节 电磁铁 电磁继电器教学设计

课程基本信息

课例编号

学科

物理

年级

9年级

学期

第1学期

课题

电磁铁 电磁继电器

教科书

书名： 物理 九年级上册                         

出版社：人教版             出版日期： 2012   年 6 月

教学人员

姓名

单位

授课教师

指导教师

教学目标

教学目标：

知识目标：能描述电磁铁,说明电磁铁的特点和工作原理；

          了解电磁铁强弱跟哪些因素有关；

          能说明电磁继电器的结构及工作原理，了解电磁铁在生产生活中的应用。

能力目标：会设计实验探究电磁铁磁性强弱跟电流大小、线圈匝数的定性关系；

          学习运用控制变量的思想设计实验。

情感目标：有运用电磁铁和电磁继电器服务生产生活的意识。

教学重点：

探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关。

教学难点：

电磁继电器的工作原理及应用。

教学过程

时间

教学环节

主要师生活动

2分钟

3分钟

6分钟

4分钟

5分钟

1分钟

1分钟

引入

电磁铁

实验探究

电磁铁应用

电磁继电器

课堂小结

布置作业

一、电磁铁

【点PPT】同学们见过电磁起重机吗？

【点PPT】电磁起重机在工作时，可以吸起钢铁。  

老师组装了一个电磁起重机的模拟电路，

【点PPT】这是起重吊头，它实际上是一个电磁铁。

【点PPT】这是学生电源。

【点PPT】这是一个底部有挂钩的铁质圆盘。我们来看看这个起重机的工作情况吧。

【点PPT】（自动播放视频）

【点PPT】三个状态对比，你发现了什么？

【点PPT】电路未接通时，起重吊头不吸引铁质圆盘。----说明： 电磁铁无磁性。

【点PPT】接通电源后，起重吊头能吸起铁质圆盘。----说明：电磁铁有磁性。

【点PPT】 断开电源时，铁质圆盘掉落。----说明：电磁铁失去磁性。

【点PPT】这正是电磁铁的工作原理：

     电磁铁中有电流通过时有磁性，

【点PPT】没有电流时就失去磁性。

【点PPT】我们一起来看看起重吊头的内部结构吧。

【点PPT】这是螺线管，也叫线圈。

【点PPT】这是铁芯。

【点PPT】电磁铁，就是内部插有铁芯的螺线管。

【点PPT】给螺线管通电时，螺线管周围便有磁场，为什么还要加入铁芯呢？我们来做一组对比实验，看一看铁芯的作用。

【点PPT】取出铁芯，将螺线管至于支架上；上面用弹簧悬挂铁质圆盘。若给螺线管通电，可通过铁质圆盘下降的幅度得知弹簧的伸长长度，便可研究螺线管对铁质圆盘的吸引力的大小，进而判断通电螺线管的磁场强弱。

【点PPT】我们来做做看吧。

【点PPT】（点击视频）

【配视频】实验时：给螺线管通电，此时铁质圆盘略有下降。

【配视频】螺线管内加入铁芯，螺线管中通过相同的电流，请同学们观察铁质圆盘的下降幅度。

【配视频】铁质圆盘被牢牢吸引。

【点PPT】通过实验，我们发现，不加铁芯，给螺线管通电，铁质圆盘略有下降，弹簧的形变量较小，这说明磁场对铁质圆盘的吸引力较小。加入铁芯后，螺线管中通过相同的电流时，铁质圆盘被磁化后的铁芯紧紧吸住，弹簧的形变量很大，这说明磁场对铁质圆盘的吸引力很大。

【点PPT】磁场对铁质圆盘的吸引力越大，表明磁场越强。由此可见，在通电螺线管中插入铁芯，通电螺线管的磁场和磁化后的铁芯产生的磁场累加在一起，整体磁性大大增强。

二、电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关？

【点PPT】这是实验是常见的电磁铁。

【点PPT】实际中，根据工作性质不同，需要电磁铁的磁性强弱也不同。那么，电磁铁磁性强弱可能跟哪些因素有关呢？

【点PPT】首先，电磁铁只有在线圈中通有电流时才有磁性，那么，电流的大小应该会影响电磁铁磁性的强弱。

【点PPT】其次，构成电磁铁的主要部件是线圈，线圈的匝数和形状可能也会影响电磁铁的磁性强弱。

【点PPT】下面我们主要进行以下两个探究：

【点PPT】探究一：电磁铁磁性强弱与电流大小有关吗？

【点PPT】因为线圈的形状不易改变，所以我们进行探究二：外形相同的电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数会有怎样的关系？

【点PPT】我们用一段导线、一枚铁钉就可以制作一个电磁铁。

【点PPT】用漆包线代替有绝缘皮的导线，可以增加线圈的匝数。将漆包线缠绕到铁钉上，用砂纸将漆包线两端点的绝缘漆打磨掉，并将其两端固定在接线柱上。

【点PPT】（播放视频，配语音）给自制电磁铁通电，电磁铁吸引大头针。可以根据电磁铁吸引大头针的多少，来判断它的磁性强弱。

【点PPT】首先，我们来探究电磁铁磁性强弱与电流大小有关吗？

实验时，将电磁铁与滑动变阻器、电流表串联起来，通过开关接到电源上。

【点PPT】调节滑动变阻器的滑片，改变电路中的电流。请同学们认真观察通入不同大小的电流时，电磁铁吸引大头针的多少有什么变化。

【点PPT】我们来进行实验吧。（播放视频）

【点PPT】我们一起来记录现象吧。

【点PPT】当电流为1A时，电磁铁吸引的大头针较少；

【点PPT】当电流为2A时，电磁铁吸引的大头针较多；

【点PPT】当电流为3A时，电磁铁吸引的大头针很多。

【点PPT】从实验可以看出：电磁铁的磁性强弱与电流大小有关。同一个电磁铁，通入的电流越大，电磁铁吸引的大头针越多，

【点PPT】电磁铁磁性越强。

【点PPT】下面我们来探究，电磁铁磁性强弱与线圈匝数是否有关？

【点PPT】这是三个串联起来的外形相似自制线圈，它们都缠绕在相同的铁钉上，线圈匝数分别为30匝、60匝、90匝。

【点PPT】将这三个串联的线圈通过开关接到电源上。这样既改变了线圈的匝数，又控制了通过三个线圈的电流相等。

【点PPT】给电路通入一定的电流，请同学们观察现象，并比较不同匝数的电磁铁的磁性强弱。

【点PPT】（播放视频）

【点PPT】我们一起把现象记录下来吧。

【点PPT】匝数为30匝的电磁铁吸起的大头针较少；匝数为60匝的电磁铁吸起的大头针较多；匝数为90匝的电磁铁吸起的大头针很多。

【点PPT】根据实验现象，可得结论：电磁铁的磁性强弱与线圈匝数有关。通入的电流一定时，外形相同的电磁铁，匝数越多，

【点PPT】电磁铁磁性越强。

【点PPT】综上，我们可以得出结论：

电磁铁的磁性强弱与通过线圈的电流、线圈的匝数有关。电流越大、匝数越多，电磁铁的磁性越强。

三、电磁铁磁性的应用

【点PPT】电磁铁跟永磁体相比，有什么优势呢？

永磁体的磁性有无、磁性强弱、极性都不易改变，但对于一个电磁铁：

【点PPT】1.电磁铁磁性的有无，可以用通、断电来控制。

【点PPT】2.电磁铁磁性的强弱，可以用电流的大小来控制。

【点PPT】3.电磁铁磁极的极性，可以用电流的方向来控制。

【点PPT】电磁铁的实际用途很多，最直接的应用之一是电磁起重机。电磁铁安装在吊车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一位之后，切断电流，钢铁被放下。大型起重机一次可以吊起几吨钢材。

【点PPT】磁悬浮列车也用到了电磁铁，且大多是通有强大电流的电磁铁。

磁浮列车的车厢和铁轨上分别安放着磁体，磁极相对。由于磁极间的相互作用，列车能够在铁轨上方几厘米的高度上飞驰，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，最大运行速度可达500 km/h以上。这几乎达到了短程飞机的航速，并且噪声低、动力损耗少、稳定性高。2003年，我国上海市龙阳路至浦东机场的磁浮铁路成为世界上第一条商业运营的磁浮铁路。

【点PPT】2019年5月23日10时50分，速度达600 km/h高速磁浮试验样车在青岛下线。这标志着中国在高速磁浮技术领域实现重大突破。中国磁浮未来可期。

【点PPT】在电动机、发电机里，也用到了电磁铁。

【点PPT】全自动洗衣机的进水、排水阀门，感应式出水阀门，也是电磁铁来控制的。

【点PPT】电铃和电磁继电器里，也用到了电磁铁。

【点PPT】这是一个直流电铃。（视频）给直流电铃通电，它便发出清脆的响声。

【点PPT】让我们来看看直流电铃的工作原理吧。

【点PPT】这是电磁铁

【点PPT】这是弹簧片

【点PPT】弹簧片的一端连接着衔铁

【点PPT】衔铁右侧连接着小锤

【点PPT】这是铃碗

【点PPT】这是金属螺钉

【点PPT】电路接通前，弹性片和螺钉是接触的。

【点PPT】接通电源后，电磁铁有磁性，吸引衔铁，使小锤敲击铃碗而发声；

【点PPT】 同时，弹性片与螺钉分离，导致电路断电，电磁铁失去磁性，衔铁被释放，而弹性片又和螺钉接触而通电。

这样循环下去，小锤就不停地敲击铃碗发出铃声。

那么，电磁继电器在电路中起什么作用呢？

四、电磁继电器

【点PPT】驱动巨大机器的电流可能达到几十安、几百安。在工厂里，我们常常看到工人师傅利用按钮来控制机器，难道强大的电流就在按钮下面流过？----不，用手直接控制强大的电流或操作高压电路是很危险的，工人师傅按下的只是继电器的开关，而电源的接通和断开是由继电器控制的。

【点PPT】继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。

【点PPT】这是一个模拟的控制电路。这个电路中就有电磁继电器。它分为左右两部分。左侧电路由干电池供电；右侧电路连接到220V的电源上，继电器把这两个电路联系在一起。我们来看看这个电路是怎么工作的吧。

【点PPT】（视频）接通右侧电路，绿灯亮；闭合左侧低压控制电路中的开关，右侧电路中的红灯亮；断开低压控制电路中的开关，右侧电路中的红灯熄灭，绿灯亮起。再观察一遍。

【点PPT】这样就实现了低压控制高压。

在这个电路中，实现低压控制高压的元件就是电磁继电器，

【点PPT】它是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。

【点PPT】我们看看它的结构。

【点PPT】这是电磁铁，

【点PPT】金属片的中间下方装有衔铁，

【点PPT】金属片的左端安装了弹簧，

【点PPT】这是触点。

【点PPT】其中，随金属片一起上下运动的触点是动触点

【点PPT】动触点上下两侧各有一个静触点。

【点PPT】通过局部放大视频，请同学们仔细观察电磁继电器的工作过程。尤其关注衔铁和触点。

【点PPT】（视频）再观察一遍。

【点PPT】【点PPT】我们来对比分析： 当没有电流通过电磁铁时，在弹簧拉力作用下，动触点与上方的静触点接通。

【点PPT】当有电流流过电磁铁时，电磁铁把衔铁吸下，动触点与下方的静触点接通。

【点PPT】以刚才的演示电路为例，

【点PPT】我们看其工作电路的示意图，左侧是电磁铁所在的低压控制电路，

【点PPT】右侧电路为红绿灯工作电路。

【点PPT】当低压控制电路断电时，电磁铁无磁性，在弹簧拉力作用下，右侧工作电路中的两个上方触点接触， 绿灯亮。

【点PPT】给低压控制电路通电，电磁铁有磁性，衔铁被吸引，右侧工作电路中的两个下方触点接触， 高压电路中绿灯熄灭、红灯亮起。

像这样，工人师傅的按钮只控制电磁铁电流的通断，而高电压、强电流电路的通断则由触点控制，人们就可以安全方便地操纵大型机械了。

【点PPT】若将这个开关换成水位控制开关，便是一个“防汛报警器”了。

【点PPT】如果将控制电路中的开关换成对光、烟雾、温度等敏感的元件，便可实现智能自动控制。留心观察，你一定会发现更多电磁继电器的应用，定会感受到科技的魅力。

课堂小结

【点PPT】同学们，来梳理今天所学内容吧，

我们认识了电磁铁，学习了电磁铁的工作原理；

【点PPT】探究了电磁铁的磁性强弱跟电流大小、线圈匝数的关系；了解了电磁铁在生活中的应用。

【点PPT】学习了电磁继电器的作用、结构和工作原理。

布置作业

【点PPT】请同学们完成今天的作业：

    基础性作业：完成“学生资源”中的课后练习。  

    拓展性作业：利用所学知识设计一款酒精含量报警器，满足如下条件：酒精含量低于设定值时，电路中的绿灯亮；含量达到设定值时，绿灯熄灭，红灯亮且电铃响。

    今天，我们就学到这里，同学们，再见！