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/ 让教学更有效 精品学案 | 物理学科
【学习目标】
1. 知道电磁铁的定义
2. 知道影响电磁铁磁性强弱的因素
3. 了解电磁铁的部分应用
4. 掌握电磁继电器的工作原理
5. 能结合力学、热学相关的知识解决电磁继电器的相关问题
【自主学习】
一、电磁铁
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。
影响电磁铁磁性强弱的因素：
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。
电磁铁的优点：电磁铁的优点是：它磁性的有无可由通断电来控制，磁性的强弱可由电流的大小来控制，它的磁极可以通过改变电流方向来改变。
二、电磁继电器
【例1】如图所示，闭合电磁铁开关S，条形磁铁静止在水平桌面上。下列判断正确的是（　　）
A．通电螺线管的右端是S极
B．条形磁铁受到电磁铁的斥力
C．将滑动变阻器的滑片向右移动，条形磁铁所受摩擦力的方向改变
D．若只改变电源的正、负极，条形磁铁所受摩擦力的方向不变
【例2】如图，磁铁S极与弹簧连接，竖直悬挂于电磁铁的正上方，电源电压不变。闭合开关后，向右缓慢移动滑动变阻器滑片，下列判断正确的是（　　）
A．电路中的电流变大
B．电磁铁的磁性变强
C．电磁铁上端为S极
D．悬挂磁铁的弹簧变长
【例3】如图甲所示的是某家用烟雾报警器的简化电路图，当烟雾达到一定浓度时衔铁被吸引，工作电路会响铃亮灯，烟雾报警器控制电路的额定电压为12V，R是光敏电阻，其阻值与烟雾浓度的关系如图乙所示。若定值电阻R0的阻值是10Ω（电磁铁线圈电阻不计），工作电路响铃亮灯时，控制电路中的最小电流是0.2A，下列说法正确的是（　　）
A．若烟雾报警器响铃亮灯，烟雾浓度一定大于40%
B．为了让烟雾浓度为20%时报警器报警，可以将电磁铁适当向右移
C．为了让烟雾浓度为20%时报警器报警，可以适当地降低控制电路的电源电压
D．烟雾浓度分别是40%和60%时，定值电阻R0消耗的功率之比是1∶ 2
【例4】小畅同学在探究电磁铁磁性强弱的实验中，使用两个相同的A、B大铁钉绕制成电磁铁进行实验，如图所示，下列说法错误的是（　　）
A．滑片P向右滑动，电磁铁的磁性减弱
B．电磁铁能吸引大头针越多，表明它的磁性越强
C．电磁铁A、B的上端均为N极
D．该实验可以探究电磁铁磁性的强弱与匝数多少的关系
【例5】下图是一种水位自动报警器原理图，关于它的工作原理，下列说法正确的是（　　）
A．水位升高到金属块A时，绿灯亮
B．水位升高到金属块A时，电磁铁通电
C．水位没有到达金属块A时，电磁铁上端为N极
D．为使报警器在更低的水位能报警，可以下降B的高度
【例6】音乐喷泉是集声光电技术于—体的装置，它通过电脑采集音乐的声音频率特征，并将其转 化为控制信号，控制水泵喷出水柱，形成喷泉。如图甲为控制喷泉工作的模拟电路，控制电 路电源电压 Ua，呈周期性变化（如图乙所示），定值电阻 R1=2Ω ，E为具有特殊功能的电子 元件，当 Ua<6V 时，电路中没有电流通过；当 Ua≥6V 时，E 两端电压恒为 6V，当线圈中通 过的电流I≥2A 时，电磁继电器衔铁被吸下，水泵启动喷水（不计线圈电阻）已知水泵每秒 可喷出水的体积为 2×10-3m3，求：(1)t＝3s 时，线圈中通过的电流；(2)电磁继电器衔铁刚好被吸下水泵启动喷水时，电阻 R1 的功率；(3)在 0～6s 内，水泵喷水的总质量。
【例7】道路被损坏的一个重要原因是车辆严重超载。为了抓拍超载车辆，学校的科技小组设计了一个“汽车超载记录器”，其电路原理图如图甲。已知控制电路的电源电压U=10V，线圈电阻R0=5Ω，保护电阻R1=10Ω。当车辆经过水平检测点时，阻值与压力变化的关系如图乙所示。当电压表示数U1≥4V时，继电器的衔铁被吸下，工作电路中的照相机就开始抓拍。（g取10N/kg）求：(1)抓拍时通过R0的电流；(2)某总质量为1.5×104kg的汽车通过时，计算说明该车是否被抓拍；(3)为了延长某大桥的使用寿命，将控制电路电源电压降为9V，要抓拍m总≥30t的车，则R1要更换多大的电阻。
【例8】如图是科技小组设计的具有防干烧功能的饮水机装置模型，由控制器和加热器组成，可在水量不足时自动停止加热。加热电路电源电压恒为，。控制电路电源电压恒为，，为压敏电阻，下方固定一个轻质绝缘形硬杆，水箱注水后圆柱形浮体竖直上浮，通过形杆对压敏电阻产生压力，所受压力每增加，电阻减小。浮体的底面积为、高。科技小组对饮水机模型进行测试：向水箱内缓慢注水，当液面上升至距浮体底部处时，电磁铁线圈中的电流为，此时衔铁恰好被吸下，加热器开始工作；当电磁铁线圈中的电流为时，防干烧功能启动。（形硬杆的质量和电磁铁线圈的电阻忽略不计，，取
(1)求加热电路工作时的电流；(2)求饮水机防干烧功能启动时底部受到水的压强；(3)为了防止防干烧功能太早启动，请提出一种可行的方法（如更换电源、电阻、电磁继电器弹簧等）并说明理由。
【例9】如图是可自动调节浴室温度的灯暖型浴霸的简易电路图。控制电路中，电源电压为U1，定值电阻R0的阻值为15Ω，热敏电阻R1的阻值随温度变化关系如下表所示，电磁继电器线圈电阻不计。工作电路中，电源电压U2恒为220V，浴霸的两只灯泡均标有“220V 200W”的字样。当通过电磁继电器线圈的电流I达到60mA时，衔铁被吸下，工作电路断开；当通过电磁继电器线圈的电流I≤40mA时，衔铁被释放，工作电路闭合。求：
温度t/℃ 16 20 24 28 32 36 40
电阻R/Ω 300 285 265 243 215 185 150
(1)浴霸灯泡L1正常工作时的电阻；(2)若浴室的温度不能超过40℃，求控制电路电源电压的最小值；
(3)若控制电路电源电压为12V，求浴室温度的调节范围。
【课后巩固】
1．为了使通电螺线管的磁性增强，应在螺线管中插入下列哪一种材料做成的“芯”（ ）
A．铁 B．纸 C．塑料 D．木头
2．在实践活动中，同学们用一根导线和一枚铁钉制作了一个如图所示的电磁铁。在其周围放一些曲别针，通电后对有关现象分析正确的是（　　）
A．铝制的曲别针会被电磁铁吸引 B．电磁铁两端吸引的曲别针比中间吸引的少
C．改变电流方向，可改变电磁铁的磁场方向 D．减少线圈匝数，电磁铁吸引曲别针数量增加
3．通电螺线管中插入铁芯后，磁性大大增强。其原因是（　　）
A．插入铁芯相当于增加了线圈的匝数 B．铁芯原来的磁性使通电螺线管的磁性增强
C．铁芯磁化后的磁场与电流的磁场叠加，磁性增强 D．铁芯磁化后的磁场与电流的磁场互相抵消
4．关于电磁铁，下列说法中不正确的是（　　）
A．电磁铁中的铁芯可以用铜棒代替 B．电磁铁是根据电流的磁效应工作的
C．电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性 D．电磁铁是一种非永久磁体
5．小鑫同学在地理老师的办公桌上看到了一个悬浮的地球仪摆件（如图甲），于是他利用选购的材料制作了一个仿制品（如图乙），并成功将地球仪稳定地“悬浮”起来。下列说法正确的是（　　）
A．实现“悬浮”的磁铁A端是S极
B．若要增加地球仪“悬浮”的高度，可将滑片P向上移动
C．增加地球仪“悬浮”的高度后，电磁铁对地球仪的斥力变大
D．将滑片P向下稍微移动一点，地球仪静止“悬浮”时底座对水平桌面的压力比原来大
6．如图是物理兴趣小组设计的“温度自动报警器”的电路图，图中金属丝下端与95℃刻度线对齐。下列说法正确的是（ ）
A．图中的A是电磁铁，通电后电磁铁的上方是S极
B．控制电路电源的正、负极对调后不会影响自动报警器工作
C．该液体温度计使用水银的主要原因是水银的密度很大
D．如果要降低报警温度，需要将金属丝往上提
7．如图所示，小明同学在探究电磁铁磁性强弱的实验中，使用两个相同的大铁钉A、B绕制成电磁铁进行实验，下列说法正确的是（ ）
A．电磁铁A、B的上端均为N极
B．滑片P向右滑动的过程中电磁铁的磁性逐渐增强
C．电磁铁能吸引大头针的数目越少说明它的磁性越强
D．该实验可以探究电磁铁磁性的强弱与匝数多少的关系
8．生态鱼缸需要足够的光照，为了补偿光照，小明设计了如图所示的智能补光电路，天暗时灯L自动补光，天亮时灯L自动熄灭。R1为定值电阻，R2为光敏电阻。下列分析正确的是（ ）
A．R2的阻值随光照强度的增大而减小
B．当光照强度增大时，电压表示数减小
C．光照强度降低时，控制电路消耗的电功率变小
D．若将R1阻值适当调大，可以在更暗的时候才亮灯
9．每个电梯在设计和制造时，都会明确标注其最大载重限制。电梯超载时，自动报警系统的电铃就会响起，电梯无法启动。报警系统的工作原理如图所示，R1是保护电阻，R2是压敏电阻。下列判断正确的是（　　）
A．压敏电阻R2的阻值随压力的增大而增大
B．电梯的自动报警电铃应接在CD之间
C．闭合控制电路，通电螺线管的上端为N极
D．增大R1的阻值可以增加电梯的限载质量
10．如图所示是某学校路灯的智能照明电路。S为光敏开关，天暗时S自动断开，天亮时S自动闭合；R为滑动变阻器。下列说法正确的是（ ）
A．天亮时，电磁铁的上端是北极
B．天亮时，将R的滑片P向上滑动，电磁铁磁性变强
C．天暗时，衔铁被电磁铁吸引，触点c与a接触
D．天亮时，电磁铁外部磁感线从上端出发回到下端
11．如图所示，一个空心小铁球放在盛水的烧杯中，将烧杯置于铁棒AB的上方，绕在铁棒上的线圈连接如图所示的电路，开关S闭合后，空心小铁球始终漂浮在水面上，下列说法正确的是（ ）
A．此时B端为电磁铁的S极
B．小铁球漂浮，受到的重力和浮力是一对平衡力
C．滑片P向左滑动，小铁球所受浮力不变
D．滑片P向右滑动，容器底部受到水的压强变小
12．如图所示，给绕在铁钉上的线圈通电后，铁钉吸引大头针。下列操作能使铁钉吸引大头针数目变多的是（　　）
A．减少线圈匝数
B．减少电池节数
C．向右移动滑动变阻器的滑片
D．对调电源正、负接线柱上的接线
13．学校安装了一款能根据光照强度实现自动控制的“智能照明灯”，电路如图所示。电源电压保持不变，为定值电阻，为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而减小。闭合开关S，当光照强度减小时，下列说法正确的是（　　）
A．灯泡一定发光
B．电磁铁磁性增强
C．电压表示数减小
D．通过的电流减小
14．如图所示，条形磁铁置于水平桌面上，电磁铁的右端固定，闭合开关S，当滑动变阻器滑片P向左移动时，条形磁铁仍保持静止状态。在此过程中，条形磁铁受到的摩擦力的方向和大小是（　　）
A．水平向左，逐渐减小
B．水平向左，逐渐增大
C．水平向右，逐渐增大
D．水平向右，逐渐减小
15．小明利用光敏电阻受到光照时电阻变小的特性，设计了一个如图所示的自动控制电路，要求天暗时灯亮，天亮时灯灭。在实际调试时，小明发现灯始终亮着，而光敏电阻和其他电路元件都正常。下列调节能使控制电路达到要求的是（　　）
A．减少线圈的匝数
B．增大控制电路中的电源电压
C．串联一个定值电阻
D．滑动变阻器的滑片P向左移动
16．图甲是科技小组设计的“闯红灯违规模拟记录器”，控制电路电源电压为6V，电磁继电器线圈电阻为10Ω，R为压敏电阻，R阻值大小随压力F的变化关系如图乙所示。当光控开关接收到绿光时断开，工作电路中指示灯亮，电控照相机不工作；当光控开关接收到红光时自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力增大到一定数值，控制电路中的电流等于或大于60mA时，电控照相机开始拍照。下列说法正确的是（　　）
A．若要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，可以适当减小线圈的匝数
B．图甲中a处是电控照相机，b处是指示灯
C．当质量为1200kg的车闯红灯时，控制电路消耗的总功率为1.2W
D．当控制电路中的电流等于60mA时，闯红灯的车的质量为400kg
17．如图-1是科技小组设计的“智能温控小屋”简化电路，受控电路功率随时间的变化关系如图-2所示。当室温上升至28℃时冷却系统开始工作，当室温降至23℃时停止工作。R1为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，当控制电路中的电流为0.15A时，衔铁刚好被吸下，控制电路电源电压恒为3V。定值电阻R0阻值为100Ω，线圈电阻忽略不计。下列说法正确的是（　　）
A．控制电路通电，电磁铁的上端为N极
B．受控电路工作时，通过电阻R0的电流为0.12A
C．热敏电阻R1的变化范围是10~25Ω
D．受控电路30min内消耗的电能为1.44×106J
18．一个有加热和保温两种状态的微型电热水器，内部简化电路如图所示，它由控制电路和工作电路两部分组成，其中R0为热敏电阻，它的阻值随温度的升高而减小，开关S0和S都闭合时，电热水器开始加热，当电热水器中水的温度达到50℃时，电磁铁才会把衔铁吸下，使B、C两个触点接通，电热水器处于保温状态，此时电路中电流为0.1A。已知R1=44Ω。求：(1)电热水器处于加热状态时工作电路的功率；
(2)当温度达到50℃后，通电100s，R2产生的热量。
19．某种植基地安装了一款可以自动注水的喷淋系统，该系统由控制电路和工作电路两部分组成，其简化电路如图甲；图乙是工作电路总电流随时间变化的图像；图丙是与工作电路连接的电能表。控制电路的电源电压，为压敏电阻，放置在注水系统水箱底部，其阻值随压力的增大而减小。随着注水系统水箱内水量的增加，通过电磁铁线圈中的电流逐渐增大，当电流增大到0.15A时，衔铁恰好被吸下，注水系统停止工作。电磁铁线圈的电阻忽略不计。求：
(1)当衔铁恰好被吸下时，电阻的阻值；(2)10min内与工作电路连接的电能表转盘转了多少转；(3)注水系统的电功率。
20．小李利用光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯，其工作原理如图所示。工作电路中有两盏规格均为“220V 22W”的灯泡，天暗时灯泡自动发光，天亮时自动熄灭；控制电路的电源电压恒为，定值电阻的阻值为。当光照强度为时，工作电路的照明系统恰好启动。在一定范围内，光敏电阻的阻值与光照强度（单位为lx）之间的关系如下表所示。（电磁铁线圈的电阻忽略不计）
光照强度 1.0 1.2 1.5 2.0 3.0
光敏电阻 150 125 100 75 50
求：(1)灯泡L正常工作时的电阻；(2)草坪灯正常工作，工作电路消耗的电能；(3)工作电路的照明系统恰好启动时通过线圈的电流。
21．某兴趣小组查阅资料，设计出如图甲的家用电热水器的原理图。工作电路电压恒为220V，R1、R2是加热电阻，R1阻值为2420Ω。控制电路电源电压恒为3V，滑动变阻器Rp的最大阻值为10Ω，电磁铁线圈电阻不计，Rt为热敏电阻，其阻值随温度的变化如图乙、当控制电路的电流小于0.15A时，衔铁与电磁铁断开，两触点A、B接通，工作电路处于加热状态，加热功率为1120W；当控制电路的电流达到0.15A时，衔铁被电磁铁吸下，两触点断开，工作电路处于保温状态。求：(1)保温状态下工作电路的功率；(2)电阻R2的阻值；(3)该电热水器正常工作时可设置的温度范围。
22．如图为水箱的自动抽水控制装置，水箱高为1.2m，容积为0.8m3，水箱底部有一高为1.2m、底面积为20cm2、重为6N的长方体（与水箱底部不密合），长方体上端通过绝缘轻杆与压敏电阻R接触（轻杆与长方体无变形）水箱中无水时，压敏电阻受到的压力为零，压敏电阻R的阻值随压力F的变化如表，控制电路电源电压为U，定值电阻为R0，为保护电阻，当水箱加满水时，控制电路的电流I＝0.6A，此时电磁铁（电阻忽略不计）将衔铁吸合，水泵停止抽水。求：(1)当水箱装满水时，水箱底部受到水的压强；(2)若水泵的额定功率为440W，正常工作时通过的电流是多少；
(3)水箱中水深为0.3m时，R0的功率为P1；水箱中水深为0.9m时，R0的功率为P2，且P1:P2＝9:16，计算R0的阻值。
压力F/N 0 6 12 18 24
压敏电阻R/Ω 24 20 16 12 8
23．在科技小组开展的“设计一款多功能电热水器”项目活动中，规定使用两种不同规格的纯电阻发热体和放在水箱中，其中，。小青同学提交的初步设计简化电路如图甲，后来考虑到实际应用中自动控制与快速加热的需求，他又将设计电路修改为如图乙，热敏电阻阻值随温度变化的关系如图丙所示；为可调电阻，用来设定电热水器的水温；电磁铁线圈电阻忽略不计。各电路中的电源电压如图所示且都保持不变。(1)图甲设计中，开关均闭合时电路工作100s所消耗的电能为多少J？(2)图乙设计中，加热至60℃时，自动进入保温模式，此时电磁继电器线圈的电流达到30mA，的阻值应该调至多少Ω？(3)小青比较了以上两种设计的工作电路所消耗的总功率，发现两者最接近时比值为10∶11。请计算得出图甲设计中电路正常工作保温挡时的总功率。
24．如图是小闽为家庭养殖场设计的电热孵化器的工作原理图，R1、R2和R3为阻值均为110Ω的加热电阻。控制电路中，电源电压恒为3V，R为滑动变阻器，热敏电阻Rt置于孵化器内，其阻值随温度的变化关系如下表所示。已知电磁继电器的线圈电阻R0=10Ω，当继电器线圈中的电流小于或等于10mA时，继电器的衔铁弹回，工作电路处于加热状态；当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时到达孵化温度，继电器的衔铁被吸下，工作电路处于保温状态。
(1)此孵化器发热功率；(2)孵化温度为37℃时，R连入电路的阻值；
(3)孵化温度为37℃时，此孵化器的调节的温度范围。
温度t/℃ 32 33 34 35 36 37 38
电阻Rt/Ω 390 290 210 150 100 50 40
25．如图甲所示为物理学习小组设计的电热水壶电路，它由工作电路和控制电路组成，具有加热和保温功能。其中工作电路电源电压为220V，R2、R3为电加热丝，加热功率为1210W，保温功率为100W。控制电路中的Rt为热敏电阻，其阻值随水温变化的关系如图乙所示，R1为滑动变阻器。电磁铁产生的吸引力F与控制电路中电流I的关系如图丙所示，电磁继电器线圈的电阻忽略不计，衔铁只有在不小于3N吸引力的作用下才能被吸下。求：(1) R3的阻值是多少？
(2)将滑动变阻器R1的阻值调整到40Ω，可将电水壶的保温温度设定为40℃，则控制电路中的电源电压U多大？
(3)已知电热水壶的加热效率为80%，用加热档将2kg的水由25℃加热至65℃，用时7min，则工作电路的实际加热功率多大？[]
1．如图所示为自动排水装置模型，控制电路电压为12V，为定值电阻，R为压敏电阻，压敏电阻通过杠杆ABO与圆柱形浮体相连，AB∶∶1。压敏电阻的阻值随压力变化的关系如表，压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计。当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时，压敏电阻受到压力为360N，此时通过电磁铁线圈的电流为100mA，排水泵启动；当水位回落到浮体只有体积浸入水中时，线圈中电流为30mA，排水泵停止工作。上述状态下硬质杠杆ABO均处于水平位置，（已知，）求：
压敏电阻受到的压力 60 120 180 240 300 360 420 480 ……
压敏电阻 500 360 260 180 120 80 65 55 ……
(1)浮体完全浸入水中时，杠杆对浮体施加的压力；(2)阻值；(3)浮体的密度。
2．在实践活动中，小博利用电磁继电器（电磁铁线圈电阻不计）制作了具有加热、保温功能的恒温孵化器，如图甲所示。在控制电路中，电源电压，定值电阻，热敏电阻R阻值随温度变化的图像如图乙所示；在孵化器内的工作电路中，电源电压，、为电热丝，， 。当孵化器内温度达到时，衔铁会跳起。求：
(1)衔铁刚跳起时，通过电磁铁线圈的电流；
(2)工作电路在保温状态下的电功率；
(3)衔铁被吸下以后经过10min工作电路中产生的热量；
(4)若要使孵化器内温度达到时衔铁就跳起，请通过计算说明应如何调整控制电路。
3．如图甲是温度自动报警器，控制电路中，已知热敏电阻的阻值与温度t成反比例函数关系，如图乙所示；工作电路中，灯泡L标有“9V，”的字样，为电子蜂鸣器。它的电流达到某一固定值时就会发声报警，其阻值。小明依次进行如下操作：闭合开关和，灯泡L恰好正常发光，此时工作电路消耗的电功率为；将的滑片调到某一位置A，所处环境温度升高到设置温度时，控制电路中的电流为，继电器的衔铁刚好被吸下，使动触点与下方静触点接触；调节的滑片，当与的电压之比：1时，电子蜂鸣器恰好能发声，此时工作电路消耗的电功率为。已知控制电路电压、工作电路电压、定值电阻、灯丝电阻都不变，线圈电阻忽略不计。求：(1)灯泡正常发光时的电阻；(2)工作电路的电源电压和的阻值；
(3)控制电路中，的滑片保持在位置A不动，所处环境温度升高到时，一分钟消耗的电能为，设此时滑动变阻器消耗的电功率为，求
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。试卷第1页，共3页
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【参考答案】
【例1】B 【例2】D 【例3】B 【例4】C 【例5】B
【例6】(1)4.5A；(2)8W；(3)4kg 【例7】(1)0.4A；(2)不会被抓；(3)16Ω
【例8】(1)5A；(2)500Pa；(3)适当减小R0阻值 【例9】(1)242Ω；(2)9.9V；(3)20~36℃
课后巩固
基础过关
1．A 2．C 3．C 4．A 5．B 6．B 7．D 8．D 9．D 10．B 11．D 12．C 13．D 14．C 15．B
16．D 17．D
18．(1)1100 W ；(2)2.156×103J 19．(1)；(2)；(3)
20．(1)2200Ω；(2)0.176 kw·h；(3)0.04A 21．(1)20W；(2)44Ω；(3)40~80℃
22．(1)1.2×104Pa；(2)2A；(3)8Ω 23．(1)；(2)140Ω；(3)100W
24．(1)440W；(2)140Ω；(3)35℃~37℃ 25．(1)444Ω；(2)9V；(3)1000W
能力提升
1．(1)72N；(2)；(3)
2．(1)0.04A；(2)44W；(3)；(4)应将定值电阻R0串联一个50Ω的电阻
3．(1)；(2)12V，；(3)3V，
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