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人教版九年级全册第二十章 电与磁第3节 电磁铁 电磁继电器导学案
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这是一份人教版九年级全册第二十章 电与磁第3节 电磁铁 电磁继电器导学案，共12页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，自主预习，合作探究，观察电磁铁并回答，根据猜想，形成假设，设计并进行实验等内容，欢迎下载使用。
1. 描述电磁铁；说明电磁铁的特点和工作原理.
2. 能通过实验，得出电磁铁磁性强弱与哪些因素有关.
3. 能说明电磁继电器的结构及工作原理，了解电磁继电器在生产、生活中的应用.
【学习重点】
电磁铁的磁性。
【学习难点】
电磁继电器的工作原理及其应用。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 电磁铁就是内部插入铁芯的通电螺线管。电磁铁的工作原理：利用了电流的磁效应，通电螺线管插入铁芯后磁场大大增强。
2. 电磁铁磁性的强弱：线圈匝数一定时，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，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
3. 电磁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。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。
【合作探究】
探究一、电磁铁
【观察电磁铁并回答】
1. 概念：内部插有铁芯的螺线管，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性，这种磁体叫做电磁铁。如图所示。
2. 特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就无磁性（选填“有”或“无”）。
电磁铁
3. 工作原理
电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。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。
4. 电磁铁磁极极性的判断
电磁铁的磁极极性与通电螺线管的磁极极性是一致的，可运用安培定则来判定。
【例题1】（多选）下列有关电磁铁的说法中，正确的是（ AD ）
A. 铁芯使通电电磁铁的磁性增强 B. 电磁铁断电后，仍然有很强的磁性
C. 电磁铁的铁芯可以用铜棒代替 D. 电磁铁是根据电流的磁效应制成的
【解析】A.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。故A正确。
B. 电磁铁断电后，会失去磁性，故B错误。
C. 电磁铁的铁芯不能用铜棒代替，因铜棒不能被磁化，故C错误。
D. 电磁铁是根据电流的磁效应制成的，故正确。
探究二、电磁铁的磁性
1. 探究影响电磁铁磁性强弱的因素
【想一想】电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关?
【根据猜想，形成假设】
①电磁铁只有在线圈中通有电流时才有磁性，猜想电流的大小应该会影响电磁铁磁性的强弱。
②构成电磁铁的主要部件是线圈，猜想线圈的形状和匝数可能会影响电磁铁的磁性强弱。
【设计并进行实验】
（1）实验方法
①控制变量法：控制电磁铁线圈的匝数不变，改变线圈中电流的大小；控制电磁铁线圈的电流不变，改变线圈匝数。
②转换法：根据电磁铁吸引铁钉或曲别针等数量的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
（2）实验器材与电路
把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。
（3）进行实验
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，移动变阻器的滑片P，改变电路中的电流。观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
C
②把三个匝数不同的电磁铁串联在电路中，观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
（4）分析论证
实验①中，通过电磁铁的电流越大，吸引曲别针的数目越多，说明电磁铁的磁性越强；实验②中，线圈匝数多的c电磁铁吸引曲别针的数目多，说明c电磁铁的磁性比a与b电磁铁的磁性强。
（5）实验结论
线圈匝数一定时，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，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
2. 电磁铁的优点
【根据实验结论进行归纳】
（1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。
（2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。
（3）可以通过改变电流的大小或线圈匝数的多少来控制其磁性的强弱。
3. 电磁铁的应用
（1）电磁铁可以直接对磁性物质有吸引力的作用
主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上。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。
（2）电磁铁的另一个应用是产生强磁场。
现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、电动机、发电机、磁疗设备、测量仪器、研究微观粒子用的加速器等。
【例题2】小华想用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。
（1）他用相同的漆包线和____（选填“钢钉”或“铁钉”）绕制成两个电磁铁A和B，B钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示；
（2）如图甲，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，能吸引的大头针_____（选填“更多”“不变”或“更少”），说明在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与__________有关；
（3）如图乙，把电磁铁A和B串联。闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是______ 。
【答案】（1）铁钉；（2）更少，电流大小；（3）见解析.
【解析】（1）钢是硬磁性材料，铁是软磁性材料。硬磁性材料磁化后不易退磁，软磁性材料磁化后很少保留磁性。因此用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，实验装置如图所示。
（2）图甲中，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，滑动变阻器连入电路的电阻变大，电路电流变小，电磁铁磁性变弱，能吸引更少的大头针，根据控制变量法可知，在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与电流大小有关。
（3）图乙中，电磁铁A和B串联。闭合开关后，电磁铁A和B通过的电流相等，但电磁铁B比电磁铁A的线圈匝数多，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，根据控制变量法，可得出的结论是在电流大小一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
探究三、电磁继电器
【想一想】在生产技术中，一些大型机器在工作时的电流大，电压高，人们直接控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？
原来人们使用了电磁继电器，下面学习电磁继电器的工作原理。
1. 电磁继电器概念
电磁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。
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。
2. 电磁继电器的构造与工作电路
主要有电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点等组成。
（1）控制电路：电磁铁、衔铁、弹簧、低压电源、开关等.
（2）受控电路：高压电源、电动机、动、静触点.
3. 电磁继电器的工作原理
闭合低压控制电路中的开关S，电流通过电磁铁的线圈产生磁性，把衔铁B吸下来，使动触点D与静触点E接触，受控的高压工作电路闭合，电动机M工作。
断开开关S，线圈中的电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁B在弹簧的作用下与电磁铁分离，使触点D、E脱开，受控电路断开，电动机停止工作.
4. 电磁继电器的作用
（1）利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境；
（2）利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制；
（3）在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制、空气开关自动控制等。
5. 电磁继电器的应用实例
（1）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。
（2）机械电铃
下左图是直流电铃的原理图。衔铁B与弹性片A相连，电源断开时，弹性片是和螺钉接触的。接通电源后电磁铁吸引衔铁，敲击铃碗发声，但同时弹性片与螺钉分离导致断电，电磁铁失去磁性后弹性片又和螺钉接触而通电，如此往复。
（3）水位自动报警器原理
如上右图所示，当水位上涨时，水与金属A接触，由于水（不纯净）是导体，使控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，使动触点与下面的静触点接触，工作电路接通，则红灯发光；
当水位下降时，使控制电路断开，电磁铁失去磁性，弹簧拉着衔铁使动触点与上面的静触点接触，工作电路接通，则绿灯亮。
【例题3】感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭；控制电路如图所示，电源电压恒定，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。
（1）如图，圆形虚线框内为本电路的核心部件，它是通过低电压、弱电流来控制高电压、强电流的电路通断的装置，其名称为_______，它的原理是__________；
（2）在本图中，当控制电路电，流增大到一定程度时，受控电路将_______（选填“接通”或“断开”）；
（3）光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值______，电压表示数______（选填“增大”“减小”或“不变”）.
【答案】（1）电磁继电器，电流的磁效应；（2）断开；（3）减小，减小.
【解析】（1）电磁继电器功能是利用控制电路的低电压、弱电流来控制工作电路的高电压、强电流，其主要部件是电磁铁，电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的。
（2）控制电路电流增大到一定程度时，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；
（3）感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭，说明光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；控制电路电流增大，定值电阻R1两端的电压增大，电源电压不变，光敏电阻R2两端的电压变小，即电压表的示数减小。
【归纳整理】
第3节 电磁铁 电磁继电器
【精讲点拨】
1. 电磁铁的特点
（1）电磁铁磁性的有无，可由通断电来控制；（2）电磁铁磁性的强弱，可由电流大小和线圈匝数来决定；（3）电磁铁的极性，可由电流方向来控制；（4）电磁铁磁性判断：安培定则。
2. 电磁铁的铁芯一般用铁来做，因为电磁铁在实际应用中，通常情况下要求得失磁性自由，铁是软磁体，正符合这样的要求。不能用钢，钢是硬磁性材料，被磁化后磁性能长期保持。
3. 电磁继电器
分析电磁继电器原理时，要分清两个电路。一是低压控制电路，二是高压控制电路。低压电路通电时，电磁铁把衔铁吸下来，将工作电路的触点接通，工作电路闭合工作；当低压电路断电时，电磁铁失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。
【课堂练习】
1. 关于电磁铁，下列说法中正确的是（ ）
A．电磁铁内部的铁芯最好用钢材料制成
B．电磁铁的磁极不能改变
C．电磁铁磁性的强弱与通入的电流方向有关
D．电磁铁磁性的强弱与通入电流的大小有关
【答案】D。
【详解】A．电磁铁的铁芯需用软磁性材料制成，使之通电有磁性，断电无磁性，故A错误；
B．电磁铁的磁极随着电流方向的变化而变化，故B错误；
C．电磁铁磁性的极性与通入的电流方向有关，电磁铁磁性的强弱与通入的电流方向无关，故C错误。故选D。
2. 小明利用铁钉与漆包铜线制成一个电磁铁，并将其接入电路，如图所示。当开关闭合后（ ）
A．铁钉中有电流产生 B．铁钉的温度急剧升高
C．铁钉能吸引大头针 D．铁钉能吸引小纸屑
【答案】C。
【详解】A．铁钉与漆包铜线制成电磁铁，并将其接入电路时，由于电流的磁效应，铁钉会产生磁性，但不会在铁钉里产生电流，故A项不符合题意；
B．铁钉中没有电流，不会因为电流的热效应而发热，漆包铜线的电阻较小，当导线中有电流时，电流产生的热量较少，铁钉的温度不会急剧升高，故B项不符合题意；
CD．铁钉与漆包铜线制成电磁铁，电磁铁通电后铁钉有磁性，吸引大头针，不能吸引小纸屑，故C项符合题意，D项不符合题意。
所以选C.
3. 小明把表面涂有绝缘层的导线绕在一根大铁钉上，把导线和其他元件连接成如图所示的电路，用来探究电磁铁磁性强弱与什么因素有关。小明把开关闭合后，发现电流表有示数，但电磁铁不能吸起大头针。
（1）电磁铁不能吸起大头针的可能原因是_____ 。
（2）写出验证你的猜想是否正确的方法：______。
【答案】（1）导线中的电流过小；（2）见解析。
【详解】（1）闭合开关后，电路中有电流通过，通电螺线管有磁场，但电磁铁不能吸起大头针，可能原因是导线中的电流过小，造成磁场过弱，磁场力小于大头针的重力。
（2）断开开关，向左移动滑动变阻器的滑片以增大电路中的电流，闭合开关后将电磁铁靠近铁钉，观察电磁铁能否将铁钉吸起。
4. 党的二十大报告指出“科技是第一生产力”。某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时（一般的水都能导电），则（ ）
A．两灯都亮 B．两灯都不亮 C．只有绿灯亮 D．只有红灯亮
【答案】D。
【详解】图中所示的水位自动报警器工作原理：当水位到达A时，由于一般水具有导电性，那么电磁铁所在电路被接通，电磁铁有磁性，电磁铁向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮。故选D。
5. 为实现节能和智能控制，空调内部用到了温度传感器（相当于热敏电阻）和电磁继电器，如图所示是启动与停止空调压缩机的电路示意图。夏天，空调制冷时，房间温度降低，当房间温度低于设定温度时，工作电路就断开，停止制冷。下列说法正确的是（ ）
A．电磁继电器是利用电磁感应原理工作的
B．空调制冷使房间温度降低时，热敏电阻的阻值变大
C．空调制冷使房间温度降低时，电磁铁的磁性变强
D．空调制冷使房间温度降低时，控制电路消耗的电功率变大
【答案】B。
【详解】A．电磁继电器是使用低电压、弱电流的控制电路，控制高电压、强电流的工作电路，不是利用电磁感应原理工作的，故A错误；
BC．根据题意可知，当房间温度低于设定温度时，工作电路就断开，说明温度越低，电磁铁磁性越弱，通过的电流越小，热敏电阻阻值越大， 故B正确，C错误；
D．空调制冷使房间温度降低时，控制电路的电压不变而电流变小，根据P=UI可知，控制电路消耗的电功率变小，故D错误。
所以选B.
6. 按要求作图：在如图虚线框内画出电池组和滑动变阻器的符号，并用导线连接好电路，要求：开关闭合，小磁针静止时如图所示；当滑动变阻器滑片向右移动时，电磁铁的磁性增强。
【答案】见右图。
【详解】根据小磁针静止时的指向可知：通电螺线管的左端是N极，根据安培定则，电流应该从左端流入，从右端流出，电源的左端是正极；滑动变阻器串联在电路中，当滑动变阻器滑片向右移动时，接入电路的电阻减小，如图所示：
7. 请将电磁继电器电路连接完整。要求：开关闭合时，电动机转，小灯泡不亮；开关断开时，小灯泡亮，电动机不转。
【答案】见右图。
【详解】开关闭合时，电磁铁具有磁性，会吸引衔铁，使电动机的电路接通；开关断开时，衔铁在弹簧拉力的作用下与电磁铁分离，使小灯泡的电路接通，小灯泡亮，如图所示.
8. 小王学了电磁继电器的知识以后，他设计了一个电路，如图甲所示，R0为光敏电阻，M为用电动机做成的简易吹风机，试用以后，觉得干手的速度还有点慢，于是他又想，如果在不影响电动机正常工作的情况下加一个“220V 1000W”的电热丝，那效果也许会更好，请回答：
（1）所加电热丝的电阻是______Ω．
（2）在如图乙中将接入电热丝后的电路图补充完整（电热丝可用电阻符号表示）．
（3）若电热丝产生的热量，用来给水加热并被水全部吸收，那么它正常工作7min能使多少初温为10℃的水温度升高到30℃？
【答案】（1）48.4；（2）见下图；（3）5千克。
【详解】（1）电热丝的电阻是
R=U2P=(220V)21000W=48.4Ω
（2）电热丝与电动机并联，电路图如下：
（3）电热丝正常工作7min所消耗的电能
W=Pt=1000W×60s×7=4.2×105J，
这些热量用来给水加热并被水全部吸收，则Q吸=W，
由Q=cm∆t 可得，水的质量为
m=Q吸c(t-t0)=4.2×105J4.2×103J/(kg⋅℃)×(30℃-10℃)=5kg
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
1. 描述电磁铁；说明电磁铁的特点和工作原理.
2. 能通过实验，得出电磁铁磁性强弱与哪些因素有关.
3. 能说明电磁继电器的结构及工作原理，了解电磁继电器在生产、生活中的应用.
【学习重点】
电磁铁的磁性。
【学习难点】
电磁继电器的工作原理及其应用。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 电磁铁就是内部插入铁芯的通电螺线管。电磁铁的工作原理：利用了电流的磁效应，通电螺线管插入铁芯后磁场大大增强。
2. 电磁铁磁性的强弱：线圈匝数一定时，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，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
3. 电磁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。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。
【合作探究】
探究一、电磁铁
【观察电磁铁并回答】
1. 概念：内部插有铁芯的螺线管，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性，这种磁体叫做电磁铁。如图所示。
2. 特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就无磁性（选填“有”或“无”）。
电磁铁
3. 工作原理
电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。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。
4. 电磁铁磁极极性的判断
电磁铁的磁极极性与通电螺线管的磁极极性是一致的，可运用安培定则来判定。
【例题1】（多选）下列有关电磁铁的说法中，正确的是（ AD ）
A. 铁芯使通电电磁铁的磁性增强 B. 电磁铁断电后，仍然有很强的磁性
C. 电磁铁的铁芯可以用铜棒代替 D. 电磁铁是根据电流的磁效应制成的
【解析】A.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。故A正确。
B. 电磁铁断电后，会失去磁性，故B错误。
C. 电磁铁的铁芯不能用铜棒代替，因铜棒不能被磁化，故C错误。
D. 电磁铁是根据电流的磁效应制成的，故正确。
探究二、电磁铁的磁性
1. 探究影响电磁铁磁性强弱的因素
【想一想】电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关?
【根据猜想，形成假设】
①电磁铁只有在线圈中通有电流时才有磁性，猜想电流的大小应该会影响电磁铁磁性的强弱。
②构成电磁铁的主要部件是线圈，猜想线圈的形状和匝数可能会影响电磁铁的磁性强弱。
【设计并进行实验】
（1）实验方法
①控制变量法：控制电磁铁线圈的匝数不变，改变线圈中电流的大小；控制电磁铁线圈的电流不变，改变线圈匝数。
②转换法：根据电磁铁吸引铁钉或曲别针等数量的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
（2）实验器材与电路
把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。
（3）进行实验
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，移动变阻器的滑片P，改变电路中的电流。观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
C
②把三个匝数不同的电磁铁串联在电路中，观察电磁铁吸引曲别针的数目有什么变化。
（4）分析论证
实验①中，通过电磁铁的电流越大，吸引曲别针的数目越多，说明电磁铁的磁性越强；实验②中，线圈匝数多的c电磁铁吸引曲别针的数目多，说明c电磁铁的磁性比a与b电磁铁的磁性强。
（5）实验结论
线圈匝数一定时，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，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
2. 电磁铁的优点
【根据实验结论进行归纳】
（1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。
（2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。
（3）可以通过改变电流的大小或线圈匝数的多少来控制其磁性的强弱。
3. 电磁铁的应用
（1）电磁铁可以直接对磁性物质有吸引力的作用
主要应用在电铃、电磁起重机、电磁刹车装置和许多自动控制装置上。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。
（2）电磁铁的另一个应用是产生强磁场。
现代技术上很多地方需要的强磁场都是由电磁铁提供的，如磁浮列车、电动机、发电机、磁疗设备、测量仪器、研究微观粒子用的加速器等。
【例题2】小华想用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。
（1）他用相同的漆包线和____（选填“钢钉”或“铁钉”）绕制成两个电磁铁A和B，B钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示；
（2）如图甲，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，能吸引的大头针_____（选填“更多”“不变”或“更少”），说明在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与__________有关；
（3）如图乙，把电磁铁A和B串联。闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是______ 。
【答案】（1）铁钉；（2）更少，电流大小；（3）见解析.
【解析】（1）钢是硬磁性材料，铁是软磁性材料。硬磁性材料磁化后不易退磁，软磁性材料磁化后很少保留磁性。因此用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，实验装置如图所示。
（2）图甲中，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，滑动变阻器连入电路的电阻变大，电路电流变小，电磁铁磁性变弱，能吸引更少的大头针，根据控制变量法可知，在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与电流大小有关。
（3）图乙中，电磁铁A和B串联。闭合开关后，电磁铁A和B通过的电流相等，但电磁铁B比电磁铁A的线圈匝数多，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，根据控制变量法，可得出的结论是在电流大小一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
探究三、电磁继电器
【想一想】在生产技术中，一些大型机器在工作时的电流大，电压高，人们直接控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？
原来人们使用了电磁继电器，下面学习电磁继电器的工作原理。
1. 电磁继电器概念
电磁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。
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。
2. 电磁继电器的构造与工作电路
主要有电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点等组成。
（1）控制电路：电磁铁、衔铁、弹簧、低压电源、开关等.
（2）受控电路：高压电源、电动机、动、静触点.
3. 电磁继电器的工作原理
闭合低压控制电路中的开关S，电流通过电磁铁的线圈产生磁性，把衔铁B吸下来，使动触点D与静触点E接触，受控的高压工作电路闭合，电动机M工作。
断开开关S，线圈中的电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁B在弹簧的作用下与电磁铁分离，使触点D、E脱开，受控电路断开，电动机停止工作.
4. 电磁继电器的作用
（1）利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境；
（2）利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制；
（3）在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如电铃、防盗报警、防汛报警、温度自动控制、空气开关自动控制等。
5. 电磁继电器的应用实例
（1）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。
（2）机械电铃
下左图是直流电铃的原理图。衔铁B与弹性片A相连，电源断开时，弹性片是和螺钉接触的。接通电源后电磁铁吸引衔铁，敲击铃碗发声，但同时弹性片与螺钉分离导致断电，电磁铁失去磁性后弹性片又和螺钉接触而通电，如此往复。
（3）水位自动报警器原理
如上右图所示，当水位上涨时，水与金属A接触，由于水（不纯净）是导体，使控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，使动触点与下面的静触点接触，工作电路接通，则红灯发光；
当水位下降时，使控制电路断开，电磁铁失去磁性，弹簧拉着衔铁使动触点与上面的静触点接触，工作电路接通，则绿灯亮。
【例题3】感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭；控制电路如图所示，电源电压恒定，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。
（1）如图，圆形虚线框内为本电路的核心部件，它是通过低电压、弱电流来控制高电压、强电流的电路通断的装置，其名称为_______，它的原理是__________；
（2）在本图中，当控制电路电，流增大到一定程度时，受控电路将_______（选填“接通”或“断开”）；
（3）光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值______，电压表示数______（选填“增大”“减小”或“不变”）.
【答案】（1）电磁继电器，电流的磁效应；（2）断开；（3）减小，减小.
【解析】（1）电磁继电器功能是利用控制电路的低电压、弱电流来控制工作电路的高电压、强电流，其主要部件是电磁铁，电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的。
（2）控制电路电流增大到一定程度时，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；
（3）感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭，说明光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；控制电路电流增大，定值电阻R1两端的电压增大，电源电压不变，光敏电阻R2两端的电压变小，即电压表的示数减小。
【归纳整理】
第3节 电磁铁 电磁继电器
【精讲点拨】
1. 电磁铁的特点
（1）电磁铁磁性的有无，可由通断电来控制；（2）电磁铁磁性的强弱，可由电流大小和线圈匝数来决定；（3）电磁铁的极性，可由电流方向来控制；（4）电磁铁磁性判断：安培定则。
2. 电磁铁的铁芯一般用铁来做，因为电磁铁在实际应用中，通常情况下要求得失磁性自由，铁是软磁体，正符合这样的要求。不能用钢，钢是硬磁性材料，被磁化后磁性能长期保持。
3. 电磁继电器
分析电磁继电器原理时，要分清两个电路。一是低压控制电路，二是高压控制电路。低压电路通电时，电磁铁把衔铁吸下来，将工作电路的触点接通，工作电路闭合工作；当低压电路断电时，电磁铁失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。
【课堂练习】
1. 关于电磁铁，下列说法中正确的是（ ）
A．电磁铁内部的铁芯最好用钢材料制成
B．电磁铁的磁极不能改变
C．电磁铁磁性的强弱与通入的电流方向有关
D．电磁铁磁性的强弱与通入电流的大小有关
【答案】D。
【详解】A．电磁铁的铁芯需用软磁性材料制成，使之通电有磁性，断电无磁性，故A错误；
B．电磁铁的磁极随着电流方向的变化而变化，故B错误；
C．电磁铁磁性的极性与通入的电流方向有关，电磁铁磁性的强弱与通入的电流方向无关，故C错误。故选D。
2. 小明利用铁钉与漆包铜线制成一个电磁铁，并将其接入电路，如图所示。当开关闭合后（ ）
A．铁钉中有电流产生 B．铁钉的温度急剧升高
C．铁钉能吸引大头针 D．铁钉能吸引小纸屑
【答案】C。
【详解】A．铁钉与漆包铜线制成电磁铁，并将其接入电路时，由于电流的磁效应，铁钉会产生磁性，但不会在铁钉里产生电流，故A项不符合题意；
B．铁钉中没有电流，不会因为电流的热效应而发热，漆包铜线的电阻较小，当导线中有电流时，电流产生的热量较少，铁钉的温度不会急剧升高，故B项不符合题意；
CD．铁钉与漆包铜线制成电磁铁，电磁铁通电后铁钉有磁性，吸引大头针，不能吸引小纸屑，故C项符合题意，D项不符合题意。
所以选C.
3. 小明把表面涂有绝缘层的导线绕在一根大铁钉上，把导线和其他元件连接成如图所示的电路，用来探究电磁铁磁性强弱与什么因素有关。小明把开关闭合后，发现电流表有示数，但电磁铁不能吸起大头针。
（1）电磁铁不能吸起大头针的可能原因是_____ 。
（2）写出验证你的猜想是否正确的方法：______。
【答案】（1）导线中的电流过小；（2）见解析。
【详解】（1）闭合开关后，电路中有电流通过，通电螺线管有磁场，但电磁铁不能吸起大头针，可能原因是导线中的电流过小，造成磁场过弱，磁场力小于大头针的重力。
（2）断开开关，向左移动滑动变阻器的滑片以增大电路中的电流，闭合开关后将电磁铁靠近铁钉，观察电磁铁能否将铁钉吸起。
4. 党的二十大报告指出“科技是第一生产力”。某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时（一般的水都能导电），则（ ）
A．两灯都亮 B．两灯都不亮 C．只有绿灯亮 D．只有红灯亮
【答案】D。
【详解】图中所示的水位自动报警器工作原理：当水位到达A时，由于一般水具有导电性，那么电磁铁所在电路被接通，电磁铁有磁性，电磁铁向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮。故选D。
5. 为实现节能和智能控制，空调内部用到了温度传感器（相当于热敏电阻）和电磁继电器，如图所示是启动与停止空调压缩机的电路示意图。夏天，空调制冷时，房间温度降低，当房间温度低于设定温度时，工作电路就断开，停止制冷。下列说法正确的是（ ）
A．电磁继电器是利用电磁感应原理工作的
B．空调制冷使房间温度降低时，热敏电阻的阻值变大
C．空调制冷使房间温度降低时，电磁铁的磁性变强
D．空调制冷使房间温度降低时，控制电路消耗的电功率变大
【答案】B。
【详解】A．电磁继电器是使用低电压、弱电流的控制电路，控制高电压、强电流的工作电路，不是利用电磁感应原理工作的，故A错误；
BC．根据题意可知，当房间温度低于设定温度时，工作电路就断开，说明温度越低，电磁铁磁性越弱，通过的电流越小，热敏电阻阻值越大， 故B正确，C错误；
D．空调制冷使房间温度降低时，控制电路的电压不变而电流变小，根据P=UI可知，控制电路消耗的电功率变小，故D错误。
所以选B.
6. 按要求作图：在如图虚线框内画出电池组和滑动变阻器的符号，并用导线连接好电路，要求：开关闭合，小磁针静止时如图所示；当滑动变阻器滑片向右移动时，电磁铁的磁性增强。
【答案】见右图。
【详解】根据小磁针静止时的指向可知：通电螺线管的左端是N极，根据安培定则，电流应该从左端流入，从右端流出，电源的左端是正极；滑动变阻器串联在电路中，当滑动变阻器滑片向右移动时，接入电路的电阻减小，如图所示：
7. 请将电磁继电器电路连接完整。要求：开关闭合时，电动机转，小灯泡不亮；开关断开时，小灯泡亮，电动机不转。
【答案】见右图。
【详解】开关闭合时，电磁铁具有磁性，会吸引衔铁，使电动机的电路接通；开关断开时，衔铁在弹簧拉力的作用下与电磁铁分离，使小灯泡的电路接通，小灯泡亮，如图所示.
8. 小王学了电磁继电器的知识以后，他设计了一个电路，如图甲所示，R0为光敏电阻，M为用电动机做成的简易吹风机，试用以后，觉得干手的速度还有点慢，于是他又想，如果在不影响电动机正常工作的情况下加一个“220V 1000W”的电热丝，那效果也许会更好，请回答：
（1）所加电热丝的电阻是______Ω．
（2）在如图乙中将接入电热丝后的电路图补充完整（电热丝可用电阻符号表示）．
（3）若电热丝产生的热量，用来给水加热并被水全部吸收，那么它正常工作7min能使多少初温为10℃的水温度升高到30℃？
【答案】（1）48.4；（2）见下图；（3）5千克。
【详解】（1）电热丝的电阻是
R=U2P=(220V)21000W=48.4Ω
（2）电热丝与电动机并联，电路图如下：
（3）电热丝正常工作7min所消耗的电能
W=Pt=1000W×60s×7=4.2×105J，
这些热量用来给水加热并被水全部吸收，则Q吸=W，
由Q=cm∆t 可得，水的质量为
m=Q吸c(t-t0)=4.2×105J4.2×103J/(kg⋅℃)×(30℃-10℃)=5kg
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
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