资源简介

　　 电磁铁与自动控制
16．3　探究电磁铁的磁性
九年级·HY版
16．4　电磁继电器与自动控制 (
2
)
【知识与技能】
1．知道电磁铁的结构并能自制电磁铁。
2．了解电磁铁磁性强弱跟电流大小和线圈匝数的关系。
3．知道电磁继电器的结构和工作原理。
4．了解电磁继电器在自动控制中的应用。
【教学重难点】
1．探究影响电磁铁磁性强弱的因素。
2．知道电磁继电器的结构和工作原理。
【教学准备】
学生电源、开关、滑动变阻器、电流表、电磁铁、小铁块、弹簧、导线等
大型废铁收购站的废铁堆积如山，若要将它们用车装载，如何能快速地搬运上车？
学生思考：……
教师播放视频材料，让学生观察装废铁的过程。
教师提问：同学们知道电磁起重机的工作原理吗？
学生回答：……
一、什么是电磁铁
教师引导学生观察电磁铁的结构。
教师提问：电磁铁的主要部件是什么？
学生回答：……
1．结构：线圈和铁芯。
2．定义：带铁芯的螺线管。
如果条件允许，教师可以指导学生参照课本pp.13～14活动1制作简易的电磁铁。
3．原理：利用电流的磁效应和通电螺线管中插入铁芯后磁性大大增强的原理制作和工作的。
教师提问：电磁铁的金属芯可以用铜或钢吗？为什么？
学生讨论并回答：不能；因为铜芯不能被磁化，钢芯不能去磁，而软铁容易被磁化，也容易去磁。
4．特点：可以通过电流的通断来控制磁性的有无。
例题讲解：
【例1】电磁铁里常用软铁而不用钢做铁芯，其原因是 (　　)
A．软铁能被磁化，而钢不能被磁化
B．软铁要比钢便宜
C．被磁化后，软铁的磁性会比钢的磁性强
D．被磁化后，软铁的磁性易消失，而钢的磁性不易消失
【解析】软铁和钢都是磁性材料，都容易被磁化。不同的是软铁是软磁性材料，被磁化后，磁性很容易消失，而钢是硬磁性材料，被磁化后，磁性会长时间保持，不易消失。根据电磁铁的特点可知，电磁铁在使用时要求磁性较强，不使用时磁性消失，故电磁铁要用软铁而不用钢做铁芯。
【答案】D
二、电磁铁磁性的强弱跟哪些因素有关
提出问题：电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关呢？
猜想与假设：
(1)电磁铁的磁性是电流产生的，所以电磁铁的磁性强弱可能与电流大小有关。
(2)通电螺线管的磁性与线圈匝数有关，所以电磁铁的磁性强弱可能与线圈匝数有关。
(3)电磁铁的磁性强弱还可能与铁芯有关。
教师引导提问：如何改变、观察电磁铁中电流的大小呢？
学生讨论并回答：通过调节滑动变阻器来改变电流的大小，通过电流表的示数来观察电流的大小。
教师启发提问：根据什么来判断电磁铁的磁性强弱呢？
学生思考后回答：根据弹簧伸长的长度(或吸引大头针的多少)来判断螺线管的磁性强弱。(转换法)
教师引导提问：如何改变线圈的匝数？
学生讨论并回答：……
小组同学根据实验要求讨论实验电路图应如何设计。
学生分组实验(或观看PPT第10页视频)，小组讨论并归纳结论：
1．线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁的磁性越强。
2．电流大小一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
3．电磁铁磁极的极性可以通过改变电流方向来调节。
例题讲解：
【例2】连接如图所示的电路，提供足够数量的大头针，只通过控制开关和调节滑动变阻器滑片P的位置，无法探究 (　　)
A．电流的有无对电磁铁磁场有无的影响
B．电流方向对电磁铁磁场方向的影响
C．电流大小对电磁铁磁场强弱的影响
D．线圈匝数对电磁铁磁场强弱的影响
【解析】电流的有无可以通过开关的通断来控制，电磁铁磁场的有无可以通过是否吸引大头针来观察，故A不符合题意。电流方向的改变需要通过调换电源的正负极来实现，只通过控制开关和调节滑动变阻器的滑片无法实现，故B符合题意。电流的大小可以通过调节滑动变阻器的滑片来实现，电磁铁磁场的强弱可以通过吸引大头针的多少来反映，故C不符合题意。题图中电磁铁串联，电流相等，线圈匝数不同，电磁铁磁场的强弱可以通过两电磁铁吸引大头针的多少来反映，故D不符合题意。
【答案】B
三、电磁铁的应用
1．磁浮列车
2．电磁起重机
3．电铃、电话、磁带录音等
例题讲解：
【例3】如图所示为电磁选矿机的示意图。a为可以转动的圆筒，b为固定在圆筒内部不随圆筒转动的电磁铁，铁矿石碎石从漏斗落下随筒转动后，铁磁性物质掉进________容器中，非铁磁性物质掉进________容器中。
【解析】电磁铁通电后具有磁性，能够吸引铁磁性物质，故铁磁性物质在电磁铁的吸引下会随圆筒a转动一段距离而掉进B容器中，而非铁磁性物质会在重力作用下直接掉进A容器中。
【答案】B　A
四、认识电磁继电器
教师引导学生观察电磁继电器的结构。
教师提问：电磁继电器的主要部件有哪些？
学生回答：……
1．定义：电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。
2．结构：电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点和静触点。
3．电路组成：包括控制电路和工作电路。
4．作用：可利用低电压、弱电流电路的通断来间接控制高电压、强电流电路；可实现远距离操作和生产过程自动化。
例题讲解：
【例4】如图所示，电磁继电器能通过低压控制电路间接地控制高压工作电路。下列说法正确的是 (　　)
A．连有电动机的电路是低压控制电路
B．电磁继电器实际上是一个由电磁铁控制电路通断的开关
C．利用电磁继电器主要是为了节约用电
D．利用电磁继电器主要是为了操作方便
【解析】电磁继电器的电路是由低压控制电路和高压工作电路两部分组成，电磁铁所在的电路是低压控制电路，电动机所在的电路是高压工作电路，故A错误。电磁继电器实质上是一个利用电磁铁来控制电路通断的开关，故B正确。使用电磁继电器是为了利用低压电路控制高压电路，实现远距离操作和安全用电，与节约用电、操作方便均无关，故C、D错误。
【答案】B
五、用电磁继电器进行自动控制
在电磁继电器的控制电路中，如果把开关换成某种可以“感知”与机械设备相连的物理量变化的装置(传感器)，用这些元件操作控制电路的通断，将实现多种形式的自动控制。
教师引导学生描述PPT第21页电磁继电器的工作原理。
例题讲解：
【例5】小明在超市看到：有种电梯有人时运动得快，没人时运动得慢。如图所示是小明上网搜索到的这种电梯的部分控制电路图(R是一个压敏电阻)。小明根据该电路图进行了如下分析：有人走上电梯后，压敏电阻的阻值减小，电磁铁的磁性变________(选填“强”或“弱”)，使衔铁与触点________(选填“1”或“2”)接触，通过电动机的电流________(选填“变大”或“变小”)，电动机转速变快，使电梯运动变快。
【解析】当有人走上电梯后，压敏电阻的阻值减小，控制电路中电流增大，电磁铁磁性变强，则衔铁被吸下，与触点2接触，此时电阻R1断路，电动机直接接在电源上，通过电动机的电流变大，电动机转速变快，使电梯运动变快。
【答案】强　2　变大
16．3　探究电磁铁的磁性
16．4　电磁继电器与自动控制
本节课的重点与难点是电磁铁的工作原理、影响磁性强弱的因素和电磁继电器的工作原理。先让学生根据探究目的设计电路图，充分利用小组合作，但线圈匝数的问题，许多学生未能在电路图中涉及。由于本节课与生活联系紧密，故在教学中充分体现了新课标的理念：让学生从生活中走进物理。在讲解电磁继电器的构造和工作原理时，充分利用PPT视频，让学生更加直观地学习新知识。由于本节课的内容较多，有关继电器与自动控制的应用讲解还不够，少数学生对其工作原理没有真正理解。

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