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/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
电与磁
第四节　电磁铁及其应用
方式一　【情境导入】
多媒体播放视频片段:电磁起重机(如图14-4-1所示)。
图14-4-1
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,那它又是怎么轻易地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。引入新课。
方式二　【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控制高压电路,那可就安全多了。那到底有没有这样的方法呢
过渡语:这节课我们就来学习利用电磁铁制成的电磁继电器来达到这一目的。引入新课。
1.教学视频片段:电磁铁的应用——磁悬浮列车
教学过程中,在讲到电磁铁的应用时,可以适时给学生播放关于磁悬浮列车(如图14-4-2所示)的工作原理的视频。
图14-4-2
2.教学视频片段:电磁继电器与自动化控制
教学过程中,在讲到电磁继电器的应用时,可以适时给学生播放电磁继电器与自动化控制的视频。
3.实验设计延伸:自制磁悬浮装置
材料:环形电磁铁、永磁体、稳压电源。
原理:调整电流使电磁铁与永磁体间的斥力平衡重力,实现悬浮(需精密电流控制)
[中考解读] 本节涉及的内容是有关电磁铁和电磁继电器的知识,其中电磁铁磁性强弱的影响因素、电磁铁磁性强弱的变化分析是中考的热点,电磁铁的应用、电磁继电器的原理分析是常考点,中考中多以选择题、填空题和实验探究题的形式出现。
[考点对接] 1.电磁铁
例1　(梅州中考)探究影响电磁铁磁性强弱的因素时,按如图14-4-3所示电路进行实验,调节滑动变阻器滑片进行多次实验,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 (　　)
图14-4-3
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
[答案] B
[考点对接] 2.电磁继电器
例2　(遵义中考)如图14-4-4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,下列关于它的说法正确的是 (　　)
　　
图14-4-4
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
[答案] C
　材料一——电磁继电器的应用
1.汽车领域
汽车中比较常见的电磁继电器有: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、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.工业领域
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。
材料二——磁悬浮列车的原理
磁悬浮列车的原理并不深奥,它是运用磁铁“同性相斥,异性相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”,亦称为“磁垫车”。
由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式,故磁悬浮列车也有两种相应的形式:一种是利用由磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车,它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的斥力,使车体悬浮运行;
另一种则是利用由磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车,它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁,在“T”形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板,控制电磁铁的电流,使电磁铁和导轨间保持10~15 mm的间隙,并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡,从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。
磁悬浮列车与当今的高速列车相比,具有许多无可比拟的优点:磁悬浮列车虽是在轨道上行驶,但导轨与机车之间不存在任何实际的接触,故其为“无轮”状态,几乎没有轮、轨之间的摩擦,时速高达几百公里;磁悬浮列车可靠性高、维修简便、成本低,其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一;噪声小,当磁悬浮列车时速达300公里以上时,噪声只有65分贝,仅相当于一个人大声地说话,比汽车驶过的声音还小;由于它以电为动力,在轨道沿线不会排放废气,无污染,是一种名副其实的绿色交通工具。
　　材料一　电磁继电器的应用 　　材料二　磁悬浮列车的原理 　　——详见电子资源
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电与磁
第四节　电磁铁及其应用
教 材 解 读 　本节内容是继上节课“电生磁”之后的应用性学习,是电流的磁效应的重要应用。本节课先认识电磁铁,然后认识电磁铁在生活中的应用,提高了学生利用知识解决实际问题的能力,因此本节课对于培养学生能力有着十分重要的作用。 　本节主要利用控制变量法探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关,探究方法是本节课的难点,因此教师要重点引导、讲解控制变量法在本节课中的运用。
学 习 目 标 物理观念 　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.了解电磁继电器的结构和工作原理。
科学思维 　通过探究影响电磁铁磁性强弱因素,体会科学探究的过程,进一步体验控制变量法在研究多因素问题时的作用。
科学探究 　通过分析电磁铁在电铃、电磁阀、磁悬浮列车中的工作原理,体会实现自动控制的初步方法,体验电磁铁在技术中的重要作用
科学态度 与责任 　通过了解电磁铁在生活中的一些应用,体会学习物理的重要意义和必要性,从而进一步提高学习物理知识的兴趣,乐于探究自然现象和日常生活中的物理现象。
重 点 难 点 　重点: 电磁铁磁性强弱的影响因素。影响电磁铁磁性强弱的因素是本节课的重点,在做好探究实验的基础上,引导学生通过观察比较测力计的示数总结出电磁铁磁性强弱的影响因素。 难点:控制变量法,转换法的应用。
合 作 探 究 　探究课题:影响电磁体磁性强弱的因素 　提出问题:怎样判断电磁铁磁性强弱 　学生活动:将电流表、学生电源、滑动变阻器、开关、电磁铁用导线连接,闭合开关,移动滑片,记录电流表的示数,并观察测力计的示数变化;更换不同匝数的电磁铁再次观察测力计的示数。 　现场指导:教师观察学生的实验过程,强调控制变量法,转化法的应用。 　归纳总结:电磁铁的磁性强弱与线圈匝数和电流大小有关。
备课资料 　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 播放视频引入新课: 生活中,通电螺线管可以制成电磁起重机,它可以吸引体积很大的废铁。 提出问题: 实验时通电螺线管的磁力只能使小磁针发生偏转,生活中的通电螺线管却可以吸引体积很大的废铁,那么,通电螺线管磁性是如何变强的 猜想:增大电流、螺线管绕密些、中间插一个铁芯等。 观察、思考、交流 通过视频让学生感受电磁铁的巨大磁力,引入新课。激发学生的学习兴趣,调动学生学习的积极性。
【探究新知】 一、电磁铁 探究活动1:观察通电螺线管中插入铁芯后吸引大头针的个数。 探究活动2:探究电磁铁的优点。 让学生用导线和铁钉自制一个电磁铁,通过通断电、调换电源正负极、调节滑动变阻器来探究电磁铁的优点。 观察、思考、交流、回答 思考、实验、总结 通过演示实验和动手实验的有机结合,让学生理解和体会电磁铁的优点。 通过自己动手,使学生经历科学的探究过程,培养学生的探索精神和学习兴趣。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
电磁铁的优点总结: (1)磁性的有无可以通过通断电控制。 (2)磁极可以通过改变电流方向来控制。 (3)磁性的强弱可以通过改变电流大小来改变。 探究活动3:利用所给实验器材探究影响电磁铁磁性强弱的因素。 [猜想和假设]电流大小、线圈匝数。 [设计实验] (1)怎样测量电磁铁磁性的强弱 转化法:通过测力计示数大小反映电磁铁磁性强弱。 (2)怎样改变和测量通过电磁铁的电流 方法一:通过调节滑动变阻器改变电流,用电流表测量电流。 方法二:通过改变电源电压来改变电流,用电流表测量电流。 (3)怎样改变电磁铁线圈的匝数 方法一:使用能改变线圈匝数的现成电磁铁。 方法二:用铁钉和不同长度的导线自制不同匝数的电磁铁。 [实验器材] 学生电源、滑动变阻器、开关、电流表、电磁铁、导线、电子测力计。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
实验一:探究电磁铁磁性强弱与电流的关系。 控制线圈匝数不变——选用同一个电磁铁进行实验。 [实验数据表格] 保持不变的因素变化的因素实验现象判断线圈匝数、有无铁芯电流大电子测力计示数大磁性强电流小电子测力计示数小磁性弱
[实验结论] 线圈匝数一定时,电流越大,电磁铁的磁性越强。 实验二:探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系。 控制电流大小不变——替换匝数不同的电磁铁后调节滑动变阻器,使电路电流大小保持不变。 [实验数据表格] 保持不变的因素变化的因素实验现象判断电流大小、有无铁芯线圈匝数多电子测力计示数大磁性强线圈匝数少电子测力计示数小磁性弱
[实验结论] 电流一定时,线圈匝数越多,电磁铁的磁性越强。 [拓展]电磁铁的应用:电磁起重机、电磁选矿机、电磁继电器、电铃等。 动手、观察、思考、交流 观察、思考、总结 通过动手实验,让学生观察比较,并得出结论。 让学生细心观察、通过观察思考,归纳总结,培养学生的分析概括能力。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
二、电磁继电器 思考:起重机的电磁铁能吊起50 t重的集装箱,可见它产生的磁力很强,那么,其电路中的电流一定足够大,线圈匝数足够多,那么,工人师傅如何来控制它呢 1.构造 2.工作原理 根据图片,观察电磁铁的工作电路,分析电磁继电器的工作原理。 3.电磁继电器实质是利用电磁铁控制工作电路的一种开关,实现低压电路控制高压电路和远距离操控。 三、电磁阀 教师要求学生阅读课本,回答问题: 1.电磁阀的主要结构。 2.公共汽车车门的工作过程和活塞运动情况。 利用电磁铁也可以制成电磁阀进行自动控制,如公共汽车利用压缩空气开关控制车门的过程,就是利用了电磁阀。 思考、交流、回答 阅读课本,交流,讨论 让学生根据电磁铁的工作特点,自己分析电磁继电器的工作原理。培养学生的看图能力和分析能力。 培养学生阅读课本的能力,语言表达能力
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
全自动洗衣机的进水、排水阀门,卫生间感应冲水器的阀门,也都是利用类似的电磁阀来控制的。 　　课堂小结(略) 　　课堂练习(略) 　　布置作业(略)
学点1　电磁铁
利用如图14-4-5所示的器材,制作一个电磁铁,小组交流、讨论回答下面的问题。
图14-4-5
问题1:要想自制一个电磁铁,需要从中选取的器材是　用来绕制螺线管的塑料管　、　粗细不同的大铁钉　、　胶带　、　漆包线　。
问题2:由自制的电磁铁可以看出,所谓的电磁铁就是一个　带有铁芯　的螺线管,它由　线圈　和　铁芯　两部分组成。将你自制的电磁铁用电路图表达出来。
[答案]如图所示
问题3:将匝数相同的电磁铁,插入粗细不同的铁钉,接入电路中,观察到它们吸引大头针的个数　不相同　(选填“相同”或“不相同”),说明匝数相同的电磁铁磁性的强弱与铁芯的粗细　有关　(选填“有关”或“无关”)。
学点2　实验探究:电磁铁磁性的强弱与什么因素有关
问题1:按照图14-4-6组装实验器材并进行探究实验。电子测力计上放置一根软铁棒Q。由图可以看出,实验中用　电子测力计示数的大小　来反映电磁铁磁性的强弱。小明同学根据图中的电路连接以及器材的相关情况,猜想电磁铁磁性强弱可能与线圈中的电流大小、线圈匝数多少有关。
图14-4-6
(1)为了研究“电磁铁的磁性强弱与电流大小是否有关”,需要控制　线圈匝数　不变,改变　电流大小　,观察电子测力计的示数。
(2)为了研究“电磁铁的磁性强弱与线圈匝数多少是否有关”,需要控制　电流大小　 不变,改变　线圈匝数　,观察电子测力计的示数。
问题2:通过实验可得结论:电磁铁的磁性强弱与线圈中的　电流大小　以及线圈　匝数多少　有关,通过电磁铁线圈中的电流越大,电磁铁的磁性越　强　;电磁铁线圈匝数越多,电磁铁的磁性越　强　。
学点3　电磁铁的应用
问题:电磁铁在生产和生活中得到了广泛的应用,如　电磁起重机　、　电磁选矿机　、　电磁继电器　、　电铃　等(如图14-4-7所示)。
图14-4-7
学点4　电磁继电器与自动控制
问题1:电磁继电器的结构如图14-4-8所示,其中A是　电磁铁　,B是　弹簧　,C是　衔铁　,D是　静触点　,E是　动触点　。
图14-4-8
问题2:如图14-4-9所示是一种自动控制电路,当控制电路的开关S1闭合时,电磁铁　有　(选填“有”或“无”)磁性,　吸引　(选填“吸引”或“不吸引”)衔铁,动触点B与静触点C　接触　(选填“接触”或“分离”),　红　灯亮。当控制电路的开关S1断开时,电磁铁　无　(选填“有”或“无”)磁性,　不吸引　(选填“吸引”或“不吸引”)衔铁,动触点B与静触点C　分离　(选填“接触”或“分离”),　红灯　所在电路断开,　绿灯　所在电路接通,　绿　灯亮。
图14-4-9
问题3:从电磁继电器的工作特点可以看出,电磁继电器是利用　电磁铁　来控制工作电路的一种开关。电路分为　低压控制　电路和　高压工作　电路。
问题4:小组之间交流、讨论,根据图14-4-10试着阐述当汽车启动时,为什么将钥匙插入仪表板上的钥匙孔并旋转(相当于闭合开关),汽车就能够启动行驶。
图14-4-10
[答案]当把钥匙插入仪表板上的钥匙孔后并旋转(相当于闭合开关),此时控制电路接通,电磁铁产生磁性,从而吸引上面的衔铁,衔铁向下运动带动了杠杆逆时针转动,使工作电路的两个触点接通,电动机工作,汽车启动行驶。
学点5　电磁阀控制车门
阅读教材P160~P161,回答下列问题。
问题1:电磁阀由　阀体　、　滑阀　、　两块衔铁　、　两个电磁线圈　组成。
问题2:当电开关S接通触点1时,图14-4-11中右侧的线圈通电,就把右侧的衔铁吸入线圈中,则横杆将阀体中的滑阀推向左端,此时滑阀下面的空间就与左端管路连通,于是储气筒(图中未画出)中存储的压缩空气经气管进入汽缸左部,推动活塞向右运动,使车门打开。当开关S接通触点2时,图中　左　侧的线圈通电,把　左　侧的衔铁吸入线圈中,则横杆将阀体中的滑阀推向　右　端,此时滑阀下面的空间就与　右　端管路接通,于是储气筒中存储的压缩空气就进入汽缸　右　部,推动活塞向　左　运动,使车门关闭。
图14-4-11
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