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第3节 电磁铁 电磁继电器
教学目标
1.了解电磁铁的结构及其在生产生活中的应用，能利用电磁铁的知识解决生活中的实际问题。
2.经历分析电磁铁、电磁继电器的结构及其工作原理的过程，发展分析推理能力。
3.通过制作简易的电磁起重机，培养提出和解决问题、总结归纳的科学探究能力。
4.结合电磁铁在生产生活中的应用，体会物理学的应用价值，关注科学技术对社会发展的影响。
问题
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
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，它就会有较强的磁性。
我们把这种磁体叫作电磁铁(electromagnet)。
在工地、码头，以及一些车间、货场，人们常常可以看到电磁起重机在工作(右图)。
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。
你能制作一个简易的电磁起重机吗
想想做做
制作简易的电磁起重机
把一根较长的导线绕在一枚大铁钉上，就可以制成一个电磁铁(右图)。
把电源、电磁铁及串联起来，闭合开关，观察你的“起重机”吊起了多少曲别针。
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
首先，电磁铁只有在线圈中通有电流时才有磁性，那么电流的大小应该会影响电磁铁磁性的强弱。怎样改变线圈中电流的大小
改变串联的干电池的节数或移动滑动变阻器的滑片的位置
需要什么器材
滑动变阻器
电 源
或
大铁钉
导线
漆包线
开关
或
U形铁芯
或
细硬芯铜导线
思考上述问题并提出改进措施，让你的“起重机”能吸引更多的曲别针。
其次，构成电磁铁的主要部件是线圈，线圈的形状和匝数可能也会影响电磁铁的磁性强弱。
对于外形相同的线圈，电磁铁磁性的强弱跟线圈的匝数会有怎样的关系
探究电磁铁磁性强弱与那些因素有关的视频
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。
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，
它的磁极性质可以通过改变电流方向来改变。
电磁铁的实际用途还有很多。
在电动机、发电机里会用到电磁铁。
电动机
电动机的构造
定子就是电磁铁
灰色部分是铁芯
红铜色部分是线圈
发电机
发电机的构造
转子就是电磁铁
蓝色部分是铁芯
浅紫色部分是线圈
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。
电磁选矿机利用
电磁铁分离磁性矿物
与非磁性矿物
磁悬浮列车(如下图所示)
所用的磁体大多是通有强大电流的电磁铁。
电磁铁通过磁体间的相互作用使列车悬浮在轨道上，避免了来自车轮与轨道之间的摩擦，突破了以往列车的速度极限。
电磁继电器
驱动巨大机器的电流可能有几十安、几百安。在工厂里，我们常常看到工人师傅利用按钮来控制机器(右图)，
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(右图)
就是利用电磁铁来控制这类电路的一种开关。
电磁继电器的结构如右图所示，它由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等组成 。
触点
工作时的电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成（如下图）。
低压控制电路
高压工作电路
当较低的电压加在接线柱D、E两端，
D
E
较小的电通过线圈时，电磁铁把衔铁吸下，使B、C两个接线柱所连的触点接通，
B
C
较大的电流就可以通过B、C带动电动机工作了。
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。
高压电源
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电流的方向有关
D.电磁铁磁性的强弱与通入电流的大小有关
钢被磁化后会成为永磁体，撤去外部磁场后也不会失去磁性，做不到通电时有磁性、断电时无磁性，A错误；
电磁铁的磁极会随着电流方向的改变而改变，B错误；
电磁铁磁性的强弱与通入电流的大小，与电流方向无关，C错误；
电磁铁磁性的强弱与通入电流的大小有关，D正确。
D
2.如右图所示，闭合开关S，将滑片P缓慢向左移动的过程中，下列分析正确的是( )
A.电磁铁的磁性将变弱 B.弹簧测力计的示数将减小
C.电磁铁的上端是N极 D.弹簧测力计的示数将增大
将滑片P缓慢向左移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的电阻变小，定值电阻的阻值不变，电路中的总电阻变小；电路的总电压不变，电路中的电流变大，所以电磁铁的磁性变强，A错误;
根据安培定则可以判定出，通电螺线管的上端是S极、下端是N极。因为通电螺线管的上端是 S极，条形磁体的下端也是S极，同名磁极相互排斥，弹簧测力计的示数变小；又因为滑片P缓慢向左移动的过程中，电路中的电流变大，所以电磁铁的磁性变强，通电螺线管对条形磁体的排斥力也变强，这也会弹簧测力计的示数变小,B正确；
2.如右图所示，闭合开关S，将滑片P缓慢向左移动的过程中，下列分析正确的是( )
A.电磁铁的磁性将变弱 B.弹簧测力计的示数将减小
C.电磁铁的上端是N极 D.弹簧测力计的示数将增大
根据安培定则可判定，通电螺线管的上端是S极、下端是N极，C错误;
根据安培定则可以判定出，通电螺线管的上端是S极、下端是N极。因为通电螺线管的上端是 S极，条形磁体的下端也是S极，同名磁极相互排斥，弹簧测力计的示数变小；又因为滑片P缓慢向左移动的过程中，电路中的电流变大，所以电磁铁的磁性变强，通电螺线管对条形磁体的排斥力也变强，这也会弹簧测力计的示数变小,D错误。
B
A.光控开关闭合时，电磁铁的上端为N极
B.电磁铁是利用电流的磁效应工作的
C.电磁继电器的本质是一个利用电磁铁控制工作电路的开关
D.对调控制电路电源的正、负极时，该装置不能正常工作
3.如图所示是一种“闯红灯违规证据模拟器”的工作原理图。当汽车闯红灯时，压敏电阻受到车的压力，其阻值变小，光控开关会接收到红光自动闭合，电控照相机工作，拍摄违规车辆。下列说法中不正确的是( )
光控开关闭合时，控制电路中有了电流，根据安培定则可以判断出，电磁铁的上端为N极,A正确;
电磁铁就是利用电流的磁效应工作的，B正确;
A.光控开关闭合时，电磁铁的上端为N极
B.电磁铁是利用电流的磁效应工作的
C.电磁继电器的本质是一个利用电磁铁控制工作电路的开关
D.对调控制电路电源的正、负极时，该装置不能正常工作
3.如图所示是一种“闯红灯违规证据模拟器”的工作原理图。当汽车闯红灯时，压敏电阻受到车的压力，其阻值变小，光控开关会接收到红光自动闭合，电控照相机工作，拍摄违规车辆。下列说法中不正确的是( )
电磁继电器的本质就是一个利用电磁铁控制工作电路的开关,C正确；
对调控制电路电源的正、负极时，通过电磁铁的电流的方向改变，磁极性质改变，但该装置仍具有磁性，能正常工作,D错误。
D
4.(多选)如图所示是某科技小组设计的一种温度自动控制报警装置的电路图，下列关于该报警装置的叙述，正确的是( )
A.电磁铁的上端为S极
B.温度计中的水银是绝缘体
C.自动报警器中的电磁铁应用了电流的磁效应
D.想要调高报警的温度，可以适当升高金属丝的位置
根据安培定则可以判断出，电磁铁的下端是S极，上端是N极，A错误;
温度计中的水银是导体，B错误;
自动报警器中的电磁铁应用了电流的磁效应，C正确;
温度计里的水银柱与上面的金属丝接触而形成闭合回路，控制电路中有了电流，此时电磁铁将衔铁吸下来，电铃发出响声，完成报警，想要调高报警的温度，可以将金属丝向上移动，D正确。
D
C
5.如图所示是兴趣小组同学设计的运动音乐踏板装置，踩下或松开踏板，两音乐灯交替工作。下列描述正确的是( )
A.踏板与电磁铁是并联的
B.踩下踏板时绿灯亮、红灯灭
C.松开踏板时，动触点与b接触
D.增大R的阻值，可增大电磁铁对衔铁的吸引力
由题图可知，踏板与电磁铁是串联的，A错误;
踩下踏板时，左边的控制电路接通，电磁铁有磁性，将衔铁吸下，动触点与b接触，绿灯连入工作电路中，而红灯所在电路断开，故踩下踏板时绿灯亮、红灯灭，B正确;
5.如图所示是兴趣小组同学设计的运动音乐踏板装置，踩下或松开踏板，两音乐灯交替工作。下列描述正确的是( )
A.踏板与电磁铁是并联的
B.踩下踏板时绿灯亮、红灯灭
C.松开踏板时，动触点与b接触
D.增大R的阻值，可增大电磁铁对衔铁的吸引力
松开踏板时，控制电路断开，电磁铁失去磁性，在弹簧弹力的作用下，动触点与a接触，与b分离，C错误;
增大R的阻值，由欧姆定律可知，电路中的电流变小，电磁铁的磁性变小，减小了电磁铁对衔铁的吸引力，D错误
B
A.该装置使用的是煤油温度计
B.该装置能使鱼缸中的水温大致保持在18°C
C.电磁铁上端的磁极是N极
D.当温度未达到设定温度时，小型电热器B一直工作
6.小红利用电磁继电器设计了一个自动恒温加热鱼缸，如图所示，A为一段软导线，B为一个小型电热器。下列说法中正确的是( )
温度计与电路连接，煤油不导电，故不可能是煤油温度计，A错误；
由题图可知，当温度计中的液柱到达26°C时，控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，切断工作电路而停止加热，故该装置能使鱼缸中的水温维持在26°C，B错误;
A.该装置使用的是煤油温度计
B.该装置能使鱼缸中的水温大致保持在18°C
C.电磁铁上端的磁极是N极
D.当温度未达到设定温度时，小型电热器B一直工作
6.小红利用电磁继电器设计了一个自动恒温加热鱼缸，如图所示，A为一段软导线，B为一个小型电热器。下列说法中正确的是( )
由题图可知，电磁铁正面电流方向向左，根据安培定则可以判断出，电磁铁下端为N极，C错误;
当温度未达到设定温度时，控制电路断路，电磁铁不工作，工作电路一直处于通路状态，小型电热器B一直工作,D正确。
D
7.如图所示，条形磁体置于水平桌面上，电磁铁与条形磁体处于同一水平线放置，且左端固定，当开关S闭合，电路中滑动变阻器的滑片P逐渐向下移动时，条形磁体
始终保持静止，则在此过程中，条形磁体受到的摩擦力( )
A.方向向右，逐渐减小 B.方向向右，逐渐增大
C.方向向左，逐渐减小 D.方向向左，逐渐增大
由安培定则可以判断出，电磁铁右端为N极，则与条形磁体相互吸引，即条形磁体受到电磁铁向左的吸引力。条形磁体始终保持静止，所以它受到的吸引力和桌面给它的摩擦力是一对平衡力，大小相等，方向相反，所以条形磁体受到的摩擦力的方向是向右的。当滑片逐渐向下移动时，滑动变阻器连入电路的电阻逐渐增大，由欧姆定律可得线圈中的电流逐渐变小，则电磁铁的磁性逐渐变弱，故条形磁体受到电磁铁的吸引力逐渐变小，因条形磁体受的是平衡力，故它所受的摩擦力也逐渐减小。A正确。
A
8.如右图所示，这是一种检测汽车尾气的装置。其中气敏电阻的阻值会随着一氧化碳浓度的增大而减小，当一氧化碳的浓度超过规定的浓度时哪个灯亮起，哪个灯熄灭？请你说明原因。
绿灯
红灯
开关闭合后，当汽车尾气中一氧化碳的浓度超过规定的浓度时，气敏电阻的阻值会减小到某个阻值，控制电路中的电流就会增大到一定的电流值，电磁铁的磁性就会增大到临界值而把衔铁吸引下来，使得工作电路中上方的触点开关断开，绿灯熄灭；同时下方的触点开关闭合，红灯亮起，显示汽车尾气中一氧化碳的浓度超标。
9.如右图所示，这是一种监测机器温度是否过高的温度自动报警的装置。当机器的温度正常时，电灯亮，电扇不转动，电铃不响；当机器的温度过高时，电扇转动给机器降温，同时电铃响起，发出报警声。请你按以上说明连接好电路，并在适当位置画线来表示闭合的开关S，电扇与电铃工作时互不影响。
答案如右图所示
小结
电磁铁 电磁继电器
├─电磁铁
│ ├─原理：电流的磁效应
│ ├─探究实验
│ │ ├─比较磁性的强弱：比较吸引曲别针数目的多少
│ │ ├─影响磁性的强弱的因素
│ │ │ ├─电流的大小
│ │ │ └─导线匝数的多少
│ │ └─影响磁极性质的因素：螺线管中的电流方向
│ ├─构造
│ │ ├─螺线管、铁芯
│ │ └─电磁起重机
│ └─应用
│ ├─电磁选矿机
│ ├─磁悬浮列车
│ ├─电铃
│ └─电磁继电器
│ ├─构造：电磁铁、衔铁、弹簧、触点
│ ├─实质：温度自动报警器
│ └─应用：远距离操纵
练习与应用
(1)如右图甲所示，把铁钉下端插入大头针盒中，闭合开关，提起铁钉，铁钉下端将吸附很多大头针。把滑动变阻器的滑片逐渐向右移动，能观察到什么现象 说明了什么？
1.为探究影响电磁铁磁性强弱的因素，用相同的细导线和铁钉绕制成两个电磁铁A、B，铁钉下方的盒子内有足够多的大头针。
(2)如右图乙所示，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，无论滑片移到哪个位置，电磁铁B总能比电磁铁A吸附更多的大头针。这说明了什么
(1)吸引的大头针数量减少。说明在线圈匝数一定时，电流越小，电磁铁的磁性越弱。
(2)说明在电流相同的情况下，匝数越多，电磁铁的磁性越强。
2.右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。
水位没有到达金属块A时，线圈中没有电流通过，电磁铁无磁性，此时电磁继电器上面的触点接通，绿灯与电源构成回路，绿灯亮;当水位到达金属块A时，线圈中有电流通过，电磁铁有磁性，吸引衔铁，使电磁继电器下面的触点接通，红灯与电源构成回路，红灯亮。
3.右图是直流电铃的原理图。
衔铁B与弹性片A相连，自然情况下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，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，请你在右下图所示的电磁继电器上把电源连在电路里，使衔铁能上下振动。
电铃的原理：闭合开关后，电路接通，电磁铁有了磁性，吸引衔铁，与衔铁相连的铃锤敲击铃碗发声，此时电路断开，电磁铁失去磁性,衔铁在弹簧片的作用下回到原位，电路再次接通......如此循环往复，只要开关闭合着，电铃就能持续发声。
图中GMR是巨磁电阻。如果闭合开关S1、S2并使滑片P向左滑动，指示灯亮度会有什么变化
4.法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现了巨磁电阻(GMR)效应，荣获了2007年诺贝尔物理学奖。巨磁电阻效应是指某些材料的电阻在磁场中急剧减小的现象，这一发现大大提高了磁、电之间信号转换的灵敏度，从而引发了现代硬盘生产的一场革命。
右图是说明巨磁电阻特性原理的示意图，
指示灯变亮
详解:闭合开关S1、S2，并使滑片P向左滑动时，左边电路中电阻减小，电流增大，电磁铁磁性增强，使右边电路中的巨磁电阻的电阻减小，电路中的电流增大，指示灯变亮。
谢谢观看
Thanks!
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