人教版九年级全册第二十章 电与磁第3节 电磁铁 电磁继电器优质学案设计

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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 的通电螺线管。电磁铁的工作原理：利用了电流的 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 ；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 。
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 电压、 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 。
【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 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 磁性，没有电流时就 磁性（选填“有”或“无”）。
电磁铁
3. 工作原理
电磁铁是利用电流的 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 来判定。
【例题1】（多选）下列有关电磁铁的说法中，正确的是（ ）
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
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 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 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 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
C
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。
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 ；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 。
（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 来改变其磁极的极性。
（3）可以通过改变电流的 或 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 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 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______ 。
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 电压、 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 。
2. 电磁继电器的构造与工作电路
主要有 、 、弹簧、 、 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
当闭合低压控制电路中的开关S时，电流通过电磁铁的线圈产生 ，把衔铁B吸下来，使动触点 与静触点 接触，受控的高压工作电路闭合， 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 的作用下与电磁铁分离，使触点 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 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 ，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 ，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 电，电磁铁失去磁性后弹性片又和 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 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 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”）.
【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
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
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：____________。
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
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
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。
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。
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℃？
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？