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第二十章 电和磁
第3节 电磁铁 电磁继电器
素养目标
1.加深对电生磁的理解，会描述电磁铁、电磁继电器；说明电磁铁、电磁继电器的特点和工作原理及应用.
2.了解电磁继电器的结构及工作过程，会分析电磁继电器在生产、生活中的应用和控制流程.
3.通过实验探究电磁继电器的控制原理，提升学生动手操作能力与数据分析和处理能力.
3.培养学生安全意识和学以致用的意识，培养科学探究精神与创新能力，了解科技为人类服务，激发学习物理的好奇心.
创设情景，引入新课
一根条形磁体，它的周围存在着磁场。这种磁体是一种永磁体。螺线管通电后，也会成为一个磁体。这样的磁体与永磁体相比，有哪些优点？这些优点在实际中有哪些应用？
还记得吗？通电螺线管外部的磁场和____________的磁场一样，它的两端磁性最强，相当于条形磁体的两个磁极。
通电螺线管两端的极性与其中的___________有关。
条形磁体
电流方向
在生活中我们经常看到一些大型机器在工作，而它们的电流可达几十、上百安，直接来控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？利用电磁铁制成的电磁继电器，可以完成这一任务。
什么是电磁铁？电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关？电磁铁有什么重要的应用？
这节课我们就学习有关电磁铁、电磁继电器的知识。
电磁铁
1. 概念
2. 特点：有电流通过时 磁性，没有电流时就 磁性。
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 ，两磁场叠加，使电磁铁的 大大增强。
把导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时，它会有较强的磁性。我们把这种磁体叫作电磁铁。
有
失去
磁
磁化
磁性
4. 电磁铁磁极极性的判断
电磁起重机的主要部件之一是电磁铁，电磁铁安装在吊车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一个位置后切断电流，钢铁被放下。大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。
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。
你能制作一个简易的电磁起重机吗？
制作简易的电磁起重机
实际电磁起重机中的电磁铁磁性很强。如何使你制作的电磁铁磁性增强？我们应该考虑哪一些因素？
（1）提出问题：电磁铁磁性的强 弱与哪些因素有关
（2）猜想与假设
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。
考虑哪一些因素影响电磁铁的磁性强弱，因此我们先来探究影响电磁铁磁性强弱的因素。
把电源、电磁铁及滑动变阻器串联起来，闭合开关，观察你的“起重
机”吊起了多少曲别针。
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。
（3）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。
（4）实验器材与电路
把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表、导线等组成串联电路。
（5）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。
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。
（6）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最多，
说明c电磁铁的磁性比a与b电磁铁的磁性强。
（7）实验结论
线圈匝数一定时，通入的 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 越多，电磁铁的磁性越强。
针对以上因素，我们开始制作简易的电磁起重机，对制作的作品进行互评。
电流
匝数
从以上实践活动中可以看出，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，匝数越多，电磁铁的磁性越强。
观看演示实验：《探究影响电磁铁磁性强弱的因素》
2. 电磁铁的优点
（1）可以通过电流的 来控制其磁性的有无。
通断
（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 或电磁铁线圈匝数的 来控制其磁性的强弱。
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。
3. 电磁铁的应用
（1）电磁铁可以直接对磁性物质有 的作用
电铃
电磁刹车装置
感应式冲水器
方向
大小
多少
吸引力
（2）电磁铁的另一个应用是产生 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，如磁悬浮列车、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。
2003年，上海浦东机场磁悬浮铁路成为我国第一条正式投入运营的磁悬浮铁路，最高速度可达500km/h以上。
电动机
磁疗仪
中国准备建造的2027年世界最大的粒子加速器
强
视频欣赏——《电磁起重机》
电磁继电器
在工厂里，我们常常看到工人师傅利用按钮来控制机器，驱动巨大机器的电流可能有几十安、几百安。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。我们能否利用电磁铁的吸引力来控制高电压、强电流电路的通断呢？电磁继电器就是利用电磁铁来控制这类电路的一种
。
开关
1. 电磁继电器简介
电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来 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。
当较低的电压加在接线柱D、E两端，较小的电流通过线圈时，电磁铁把衔铁吸下，使B、C两个接线柱所连的触点接通，较大的电流就可以通过B、C带动机器工作了。
工人师傅所按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 B、C两个接线柱所连的触点控制，这样人们就可以安全、方便地操纵大型机械了。
间
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.
（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。
4. 电磁继电器的应用：
防盗报警器
防汛自动报警器
视频欣赏：《电磁继电器》
应用实例——（1）温度自动报警器
水银
电磁铁
触点
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。说明它的工作原理。
工作原理：
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。
应用实例——（2）机械电铃工作原理
下页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。
弄懂原理后，请你在下图所示的继电器上把电源连在电路里，使它成为一个电铃。
小组交流，怎么将上图中的继电器连入电路后成为电铃？
应用实例——（3）水位自动报警器原理
请对着上图，说出水位自动报警器的工作原理。
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。
课堂总结（1）
课堂总结（2）
电磁铁、电磁继电器
电磁铁
电磁继电器
电磁铁
磁性强弱
优点
内部带铁芯的通电螺线管称为电磁铁.
利用电流的磁效应来工作的.
电磁铁线圈的匝数越多、电流越大，
电磁铁的磁性就越强.
①可通过电流的通断来控制其磁性的有无.
②可通过改变电流方向来改变其磁极的极性.
③可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.
①概念：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.
②构成：电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点.
③工作原理：电磁继电器靠电磁铁和弹簧的
共同作用实现工作电路状态的转换.
课堂练习
1. 图是一种水位自动报警器的原理图。水位没有到达金属块 A时，绿灯亮；水位到达金属块 A时，红灯亮。请说明它的工作原理。注意：虽然纯净的水是不导电的，但一般的水都能导电。
8
被弹簧拉起与上面的触点接通，绿灯所在电路构成通路，绿灯亮；当水位到达金属块A时，由于水能导电，AB之间形成通路，电磁继电器中有电流经过，衔铁被电磁铁吸下与下面的触点接通，红灯所在电路构成通路，红灯亮。
当水位没有到达金属块A时，AB之间断路，电磁继电器中没有电流，衔铁
2. 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
D
3. 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
C
4.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。
分析：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.
下 课
Thanks!
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