电磁继电器、电动机、磁生电专题讲义-教师版

1、电磁继电器、扬声器、电动机、磁生电一、知识和技能要求1.了解电磁继电器和扬声器的结构和工作原理；2.了解磁场对通电导线的作用；3.了解直流电动机的结构和工作原理；4.初步认识科学与技术的关系；5.知道电磁感应现象，知道产生感应电流的条件；6.知道发电机的原理，能说出发电机为什么能发电，知道发电机发电过程的能量转化；7.知道什么是交流电，知道我国供生产和生活用的交变电流的频率是50Hz，能把交变电流和直流电区分开来。二、重点难点精析1.电磁继电器根据安全用电原则：不接触低压带电体，不靠近高压带电体。但在很多场合电流很大，工厂中、电磁起重机中的电流一般是几十安甚至上百安，如果人靠近，很容易触电，因

2、此需要遥控装置。常用的一种遥控装置：利用电磁铁的电磁继电器。（电磁铁的一个实际应用。）构造：如图1所示。将电磁继电器连入电路中，工作原理如图2所示。当开关S1闭合时，电磁铁通电产生磁性，将衔铁吸下,开关S的触点接通，工作电路有电流通过，电动机便转动起来。原理：低压控制高压。控制电路中的电流由人工控制，因此可以使用低压电，使电磁铁产生足够吸下衔铁的磁性即可；工作电路不是由人工直接控制，因此高压电对人体不造成危险。 因此实质上，电磁继电器是一个利用低压电路控制高压电路的装置。还可以应用在不方便人员出入的恶劣环境中，例如高温、高污染等。电磁继电器需要两个电源。2.扬声器电磁铁的另一个应用：扬声器。扬

3、声器的构造：如图3所示。主要构造是一个永磁体和一个通电的线圈。扬声器的原理：将电信号转化成声信号。将永磁体固定在扬声器底部，线圈固定在锥形纸盆上，通过不断改变线圈中电流的流向，从而使电磁铁的磁极不断发生变化，使得电磁铁和永磁体时而吸引、时而排斥，线圈带动纸盆在磁力的作用下来回振动，发出各种声音。3.磁场对通电导线的作用奥斯特实验把电和磁联系起来，在实验中电流使小磁针发生了偏转，即电流对磁场有力的作用。因为力的作用是相互的，因此可以认为磁场对电流也有力的作用，且磁场对电流的力的作用与电流方向、以及磁场方向都有关系。4.电动机将导线换成线圈，如图4所示，线圈的左边框和右边框中，电流的方向相反（左边

4、框向上，右边框向下），因此受力的方向相反，线圈在力的作用下开始旋转，当转过半圈时，为了使线圈继续旋转，必须改变电流方向从而改变力的方向，因此还需要一个换向器，如图5所示，即组成一个简单的电动机。电动机中旋转的部分称为转子，固定不动的部分叫做定子。构造：定子、转子、换向器。原理：磁场对通电线圈有力的作用。在电动机中，消耗电能，得到机械能，因此能量转化方向是：电能转化为机械能。5磁生电联系电和磁的实验：奥斯特实验，说明了电流能产生磁场。磁场和电场的联系很丰富，磁能生电吗？如果要证明？你需要什么器材？要检验是否形成电流，必须有一个闭合回路以及一个检流计。闭合回路可以使用矩形线圈，磁场可以用磁铁提供。

5、在实验中发现：闭合回路的一部分导体在做切割磁感线的运动时，线圈中会产生电流，且电流方向和磁场方向以及切割磁感线的运动方向有关。这种现象最早被英国科学家法拉第发现，称为“电磁感应”，产生的电流称为“感应电流”。6发电机只有闭合电路的一部分导体切割磁感线时才有电流，如果想得到持续的电流，可以使导体在向一个方向的运动中不断切割磁感线，可以通过“旋转”这种运动达到目的。因此电动机中也有定子和转子。一般来说发电站的发电机中，定子是线圈，转子是磁铁。和电动机的区别：没有换向器，取而代之的是两个铁圈，因此发的电是交流电。发电机的原理都是相同的：线圈在磁场中转动时产生感应电流且电流方向改变；转子转动一圈，电流

6、方向改变两次；发电机将机械能转化为电能。7交流电发电机产生的电流方向在不断改变，因此一般生活用电都是交流电。交流电：电流的大小和方向都随时间改变而改变。我国的电压：220V，频率：50HZ，说明电流方向1秒钟改变50次；周期：0.02s。三、典型例题1：电动机是一种高效率、低污染的动力设备。下面四幅实验装置图中，对电动机的发明有直接影响的是（ ） 分析与解：电与磁一章中，实验非常丰富，概念比较抽象且易混淆，因此在做此类题中一定要分辨清楚实验说明的问题。A中，实验说明闭合回路的一部分切割磁感线时会产生电流；B中，是奥斯特实验，说明通电导线会对小磁针有力的作用；C中，说明磁场会对通电导线有力的作用

7、；D中，图示是安培定则（右手螺旋定则）。电动机是利用电流做功的机器，电能转化为机械能。答案：C2：水位自动报警装置：水位未达A时，绿灯亮，水位正常；水位达到A时，红灯亮，水位不正常。请利用图中的实验元件，连接正确的电路图，达到水位自动报警的目的，并解释电路图是如何实现自动报警的过程。分析与解：控制电路中，利用水的导电性，水位的高和低相当于开关的通和断。工作电路中，电磁继电器的触点相当于一个单刀双掷开关；红灯和绿灯之间的通断不互相影响，因此两个灯之间是并联的关系。答案：如图所示。如图所示的电路状态中，水位未到达A点，控制电路断开，电磁铁中无电流通过，因此也无磁性，触点和上方连通，绿灯所在支路连通

8、，绿灯亮而红灯不亮；当水位上升到A点时，控制电路连通，电磁铁中有电流通过，电磁铁产生磁性，将衔铁吸下，断开绿灯所在支路，与下方红灯所在支路连通，绿灯灭，红灯亮，说明水位过高。做此类题的关键是分析清楚各元件之间的串、并联关系，以及开关的作用。3：某校学生开展物理课外科技活动，其内容是设计制作一个简易电铃，小华同学选择了如下器材：蹄形电磁铁，弹簧片，衔铁，螺钉，小锤，电铃，电源，开关和若干导线，如图所示。（l）请你用笔画线代替导线将电路连接好，使开关闭合时电铃能不断发声。（2）小华同学发现自制的电铃铃声很小，经检查是电磁铁的磁性不强所致，请你提出解决这一问题的两条具体措施。分析与解：这个电铃的原理

9、是将衔铁和有弹性的金属片A相连，接通电源后，电磁铁产生磁性，将磁铁吸下，小锤敲击铃，但同时衔铁与A断开，电磁铁失去磁性，B在弹力的作用回到原位，再次形成通路，由此达到不断敲击铃的目的。答案：如图所示。 电磁继电器重难点易错点解析金题精讲题一：新建的居民住宅大多安装了自动空气开关。其原理如图， 当电路由于电流过大时，电磁铁的磁性将变 （填“强”或“弱”），吸引衔铁的力变 （填“大”或“小”），使衔铁转动，闸刀在弹力作用下自动开启，切断电路，起到保险作用。题二：如图是防汛报警器的原理图，K是触点开关，B是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有个浮于A，当水面上涨到到达警戒水位时 （ ）A甲灯亮 B乙灯亮 C

10、两灯都亮 D两灯都不亮题三：如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如下表所示。已知继电器的线圈电阻R0 =15，左边电源电压为6V恒定不变。当继电器线圈中的电流大于或等于l5mA时，继电器的衔铁被吸合，右边的空调电路正常工作。(1)请简要说明该自动控制装置的工作原理。 (2)计算说明该空调的启动温度是多少? (3)为了节省电能，将空调启动温度设定为25，控制电路中需要再串联一个多大的电阻? (4)改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度，除此之外，请你再提出一种方便可行的调节方案。金题精讲题一：强，大 题二：B题三：(1)随着室内温度的

11、升高，热敏电阻的阻值减小，控制电路中电流增大，电磁铁的磁性增强，当电流达到15mA时，衔铁被吸台，右侧空调电路接通，空调开始工作。当温度下降时，控制电路电阻增大，电流减小，电磁铁的磁性减弱，减小到一定值，弹簧将衔铁抬起，使空调电路断开，这样就实现了自动控制。(2)20。 (3)30 (4)因为本装置启动的电流是一定的，因此，既可通过改变电阻来改变电流，也可以通过将左边电源改为可调压电源来实现对其控制。电动机 磁生电1（2009平原县、）对下图中甲、乙、丙、丁四幅图解释合理的是【】.A甲：磁场能产生电流B乙：闭合开关，小磁针N极向左偏转C丙：麦克风应用了磁场对电流的作用D丁：电流相同时，线圈的匝

12、数越多电磁铁磁性越强1解析：甲图是奥斯特实验装置，验证通电导线周围是否存在磁场；乙图中闭合开关，由安培定则判断线圈的左端是N极，根据磁体同名磁极相互排斥的特点，小磁针N极向右偏转。答案：D2（09江苏10）在如图所示的实验装置中，用棉线将铜棒ab悬挂于磁铁N、S极之间，铜棒的两端通过导线连接到电流表上当ab做切割磁感线运动时，能观察到电流表的指针发生偏转利用这一现象所揭示的原理，可制成的设备是 A电熨斗 B电动机C电磁继电器 D发电机2解析：当ab做切割磁感线运动时，能观察到电流表的指针发生偏转，说明ab运动产生了电流，也就是说由运动产生了电能，生活中的应用是发动机。答案：D 3（09威海9、

13、）图7为研究磁场对通电导线作用的实验装置，当接通电源，有电流由a至b通过导线ab时，它将受到磁场力作用而向左运动，则：【】A、当磁场方向相反时，ab将向右运动，电能转化为机械能B、当电流方向相反时，ab将向右运动，机械能转化为电能C、当电流和磁场方向同时改变时，ab将向右运动，电能转化为机械能D、当电流和磁场方向同时改变时，ab将向左运动，机械能转化为电能3解析：在研究磁场对通电导线作用时，磁场方向、电流方向任意一个方向变化时，通电导线的受力方向都会改变，如果两个方向同时改变，则通电导线的受力方向不变。答案：A4（09成都11.）在图4所示的实验装置图中，能够说明电磁感应现象的是【】4解析：说

14、明电磁感应现象的实验装置中没有电源，当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，就会在电路中产生电流，使电流表的指针发生偏转。答案：B5（2009年潍坊市15.）如图所示，是小明同学探究“磁场对通电导体的作用”的实验装置，ab是一根金属棒，通过金属导轨连接到电路中，闭合开关后，金属棒没有运动(仪器、电路都完好)，要想使金属棒运动起来，下列措施可行的是A.将蹄形磁体的N、S极对调 B.换用磁性强一些的蹄形磁体C.换用能提供较大电流的直流电源 D.使用轻质金属棒，减小金属棒与导轨之间的摩擦力5解析：闭合开关后，金属棒没有运动但是仪器、电路都完好，那么此时即使将蹄形磁体的N、S极对调，金属棒的受力只

15、是方向改变，大小不变；实验中造成金属棒没有运动的主要原因是受力太小的原因，所以，换用磁性强一些的蹄形磁体、换用能提供较大电流的直流电源或使用轻质金属棒，减小金属棒与导轨之间的摩擦力才是最佳的解决问题的方案。答案：BCD6（2009临沂12）如图所示，是王浩同学探究感应电流方向与哪些因素有关的实验情景（图中箭头表示导体的运动方向），下列说法中正确的是（ ）A.比较图（a）和图（b）可知，感应电流的方向与磁场方向有关B.比较图（b）和图（c）可知，感应电流的方向与磁场方向无关C.比较图（a）和图（c）可知，感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向有关D.由图（d）可以得出结论，感应电流的方向跟导体是

16、否运动无关6解析：利用不同图之间的对比，仔细分析究竟是磁场发生变化，还是切割磁感线运动方向改变，还是两者都变，如果两者都变，则产生电流的方向不变，只有一项发生变化则产生电流的方向改变。答案：A7【预测题】10.如图所示的甲、乙两图中的矩形线圈，现在给它们通电，则下列说法正确的是【】A.甲中线圈转动，乙中线圈不转动 B.乙中线圈转动，甲中线圈不转动C.甲、乙中的线圈都会转动 D.甲、乙中的线圈都不会转动7解析：乙图线圈平面与磁感线垂直，它处在平衡力的位置，乙线圈不转动，甲线圈受力转动，所以选项A正确.答案： A8（09常德18）在物理实验课上，小明想观察直流电动机模型的工作情况，将其接入电路，各

17、部分连接完好，结果电动机却不工作，他用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动，其原因可能是 【】A直流电动机的铜半环与电刷接触不良 B电源电压太低C线圈刚好处于平衡位置 D线圈中的电流太小8解析：因各部分连接完好，结果电动机却不工作，用手轻轻地碰了一下线圈后，直流电动机模型开始正常转动，说明刚才线圈正好处于平衡的位置，线圈的受力平衡，保持原来的静止状态。当用手轻轻地碰了一下线圈后，线圈的受力不再平衡，就可以转动起来了。答案：C9【预测题】4要改变直流电动机的转向，可采取的办法是（）A增强磁极的磁性 B增加电源电压C增加线圈中的电流 D改变线圈中的电流方向或对调磁铁的磁极9答案：D1

18、0（09襄樊5）关于发电机和电动机，下列说法正确的是【】A发电机把电能转化为机械能B电动机把机械能转化为电能C发电机是根据电磁感应现象制成的D电动机是根据电磁感应现象制成的10解析：电动机是根据通电导线在磁场中受到力的作用原理制成的；发电机则是利用法拉第发现的电磁感应现象原理制成的。答案：C11.（09四川雅安9）如图2所示，AB和CD是两根固定且平行的水平光滑金属导轨，符号“×”表示垂直于纸面指向纸面里的磁场的磁感线。现将铜棒EF和GH垂直放在滑轨上，并与金属导轨接触良好；当外力拉动GH使其向左移动时，发现EF在感应电流的作用下也向左移动；当拉动GH使其向右移动时，则图2A铜棒EF

19、不动B铜棒EF也向右运动C铜棒EF向左运动D无法确定是否运动11解析：先审清题意，了解题干介绍的情形，当外力拉动GH使其向左移动时， EF在感应电流的作用下也向左移动那么当拉动GH使其向右移动时， GH运动方向相反，产生的电流方向相反，则EF得受力也会相反，因此铜棒EF也向右运动。答案：B12（09柳州16）同名磁极相斥，异名磁极_。通电导体在磁场中受力的作用，力的方向与磁场方向和_方向有关。12答案：排斥 电流13（09重庆市9）英国科学家法拉第经十年不懈探索，于1831年发现：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时会产生电流。这种现象被称为 现象，利用这种现象发明了 机，使人类大规

20、模使用电能成为现实。13答案：电磁感应 发电机14【经典题】3.在图中a为通电直导线的横截面，通入如图甲所示电流时，导线受力方向如箭头所示，试根据此实验结果，画出其他各图中通电导体的受力方向.14解析：甲、乙相比，磁感线方向相同，电流方向相反，受力方向与甲方向相反；甲、丙电流方向相同，磁感线方向相反，受力方向与甲相反；乙、丁电流方向相同，磁感线方向相反，丁受力方向与乙相反.答案：15（2008年·山东）作为一种应急措施,有时也可以用扬声器代替话筒。如图所示装置,人对着扬声器的锥形纸盆说话,声音就会使与纸盆相连的线圈在_中振动,从而产生随着声音的变化而变化的电流。这种产生电流的现象在物

21、理学上称为 现象。15解析：扬声器是把电信号转化为声信号的装置，而本题中当话筒用则是将声信号转化为电信号。具体工作过程是：人对着扬声器锥形纸盆说话，声音使与纸盆相连的线圈在磁场中运动，从而产生随着声音的变化而变化的电流，这种产生电流的现象在物理学上称为电磁感应现象。扬声器和话筒的工作过程正好是相反的，所以产生的感应电流方向与图中扬声器工作时所标示的电流方向相反。答案：磁场 电磁感应16（09本溪6）如图是1825年日内瓦年轻的物理学家科拉顿做实验的装置图,为避免磁铁对磁针的作用,把实验装置放在两个房间内,他在乙房间把磁铁放入线圈的过程中,以磁铁为参照物,线圈是_(填“运动”或“静止”)的,这时

22、甲房间的小磁针将_(填“不动”或“转动”),乙房间出现的电磁现象在物理学上称为_现象.16答案：运动 转动 电磁感应17（09河池市8.）发电机是利用 现象制成的.发电机工作时把为能转化电能.我国供生产和生活用的交流电，频率是Hz.17答案：电磁感应 机械能 5018（09河南七地联考22）某校科学实验室内设置有四辆脚踏车，每逢下课同学们就会排队来骑脚踏车，因为骑车不仅可以健身，同时还可以发电供学校使用。装在自行车上的发电机工作时把 能转化成电能。同学们用如图13所示实验装置探究发电机的工作原理，探究中有同学们提出了问题：“感应电流的大小会跟哪些因素有关呢？” 小红猜想：“可能跟磁场的方向有关

23、。”小华猜想：“可能跟导体切割磁感线运动的方向有关。”小丽猜想：“可能跟导体切割磁感线运动的快慢有关。”请你根据图13所示的实验装置，帮助小丽设计实验来验证她的猜想，简述你的实验方法： 。请你也猜猜看，感应电流大小还可能跟 有关。18答案：机械 在相同条件下，让导体以不同的速度做切割磁感线运动，观察灵敏电流计的指针偏转程度如：磁场强弱19（09嘉兴30）在学校实验室开放时同学们对手摇发电机非常感兴趣，他们想：发电机产生感应电流大小跟哪些因素有关呢?于是他们开展了探究，以下是他们所用的发电机和实验记录表：(1)根据表格可知，他们准备研究发电机产生感应电流的大小是否与 有关。 (2)手摇发电机在发

24、电时将 能转化为电能。(3)他们根据小灯泡的亮度来判断电路中感应电流的大小，像这种用能直接观测的量来显示不易直接观测的量的方法叫“转换法”。下列方法属于“转换法”的是 (填序号)根据磁铁吸引大头针的多少来判断磁性的强弱；根据能否进行新陈代谢来区分生物与非生物；根据纯净物中元素种类的多少来区分单质与化合物。(4)判断电流大小，除了借助小灯泡观察之外，实验室常用 表来测量。19答案：30(1)线圈转速和线圈转向（只写一个不给分） (2)机械(动) (3) (4)电流20（2008年·徐州15、）老师在课堂上演示了电磁感应实验后，小杨同学有了新的想法：如果线圈不动，磁体相对于线圈运动是否也

25、会产生电流?于是他找来线圈、条形磁铁、灵敏电流计和一些导线开始探究。当他把条形磁铁插入线圈的瞬间，电流表指针发生了偏转（如图所示），实验成功了!小杨又想：在这个实验中，感应电流的大小与哪些因素有关呢?请你针对小杨的问题提出一个猜想，并设计实验验证你的猜想。猜想：设计实验：20答案：猜想：与磁体插入的速度有关（与磁场的强弱有关、与线圈的匝数有关、线圈的粗细、线圈的横截面积）等 实验设计：将电流表和线圈连接成闭合电路，保持其他条件不变，用不同的速度先后两次将条形磁铁插入线圈，观察电流表的示数，并进行比较。21.（2008年·金华）如图所示的演示实验，可以验证（）A电磁铁磁强弱与电流大小的关系B产生感应电流的条件C通电导体在磁场中会受到力的作用D磁极间相互作用的规律解析：本题从实验探究的角度考查通电导体在磁场中的受力。在探究过程中，通电导体在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向和磁场的方向都有关系，当电流的方向或者磁场的方向改变时，通电导线受力的方向也改变。答案：C22.（09广州14）探究产生感应电流条件的实验步骤如图9、10、11所示（1）本实验中，我们通过观察什么现象来判断电路是否有感应电流？_（2）通过比较图_与图_可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合；通过比较图_与图_可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做