1.3电磁铁的应用 （解析版）

1.3电磁铁的应用学习目标学习目标1.知道电磁铁的组成和特点2.理解电磁继电器的结构和工作原理3.了解电铃、电磁选矿机和电磁起重机、磁悬浮列车的工作原理4.了解信息的磁记录002预习导学知识点一：电磁铁的优点1．电磁铁的工作原理：电磁铁是利用电流的磁效应，使其内部的铁芯具有磁性的装置，当电流切断时，其磁性会随之消失2．电磁铁的特点：磁性的有无由通断电流来控制，磁极由电流方向来控制，磁性强弱由电流大小和线圈匝数等来控制。注意点：电磁铁的铁芯要用软铁制成，不能用钢，这是因为电磁铁要求通电时立即有磁性，断电时磁性立即消失。知识点二：电磁铁的应用1．电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种自动开关。借助它可以实现用低电压、弱电流来控制高电压、强电流电路的通断，进行远距离操作和自动控制。2．如图所示的继电器主要由电磁铁A、衔铁B、弹簧C、动触点D等组成。(1)当低压电源的开关闭合时，控制电路中有电流通过，电磁铁A产生磁性，吸引衔铁B，使动触点与红灯触点分离，而与绿灯触点接通(如图乙所示)，故红灯熄灭，绿灯亮起，电动机开始工作。(2)当低压电源的开关断开时，电磁铁A失去磁性，衔铁B在弹簧C的作用下被拉起，使动触点与绿灯触点分离，而与红灯触点接通(如图甲所示)，故红灯亮起，绿灯熄灭，电动机停止工作。【出处：】3．磁悬浮列车是利用列车轨道上的强电磁铁与列车上的电磁铁磁极间的排斥或吸引作用而悬浮起来，使列车与轨道分离，消除了列车与轨道的摩擦。磁悬浮列车运行时阻力很小，因此运行速度很快。4．在硬盘上存入数据时，首先将声音、图像、数字等信息转变为电信号，电流通过读写磁头转变为记录磁场，使盘片上磁性颗粒按照它的方向排列，从而记录信息。5．电话：话筒把声音信号转化成强弱变化的电流，电流沿着导线流入对方听筒，听筒又把变化的电流通过电磁铁转化成声音信号。注意点：1．解释电磁继电器原理可分为三步进行：(1)低压控制电路的动触点“动作”(改变电路连接方式)之前，分析控制电路和工作电路的各个触点是怎么连接的，电磁铁线圈中有无电流，工作电路处于什么状态。(2)找出是什么原因引起控制器电路“动作”。(3)控制电路“动作”以后，电磁铁线圈所在的电路是接通还是断开，控制电路和工作电路的各个触点的连接方式发生了什么变化，工作电路处于什么状态，导致了什么结果。2．硬盘的记录盘片是依靠磁性颗粒的有序排列来记录信息的，所以硬盘等磁记录器材不能靠近强磁场，以防止记录的信息丢失003考向释疑（2023春•乐清市期中）下列产品中，利用电磁铁制成的是（）A．指南针 B．电铃 C．白炽灯 D．电热水壶【解答】解：电铃是利用电磁铁来工作的，指南针是利用地磁场的作用指南北的，白炽灯是利用电流的热效应来发热、发光的，电热水壶是利用电流的热效应来发热的；故B正确。故选：B。（2023春•上城区校级期中）小利同学观察到学校楼道里的消防应急灯，平时灯是熄的，一旦停电，两盏标有“36V”灯泡就会正常发光。如图所示是小利设计的四个电路，其中可以起到消防应急灯作用的电路是（）A． B． C． D．【解答】解：根据题意，分析各图可知，当照明电路正常工作时，电磁铁具有磁性，吸引衔铁，使消防应急灯所在电路断开，而当停电后，电磁铁失去磁性，衔铁在弹簧的作用下向上弹起，与触点接触，两灯泡连接，且为并联。因此，对照各图发现，只有图C符合这一要求。故选：C。（2023春•洞头区期中）我国南方夏季有时会普降暴雨，引起城市内涝，给人们生活带来很大影响。小明设计了一种利用电磁继电器来自动控制抽水机工作的电路：当水位在安全位置以下时绿灯亮，抽水机不工作：当水位到达安全位置上限时红灯亮，抽水机开始工作。如图是小明还未连接完成的电路，小明接下去的电路连接应该是（）A．M接A，N接B B．M接B，N接D C．M接B，N接C D．M接C，N接D【解答】解：根据题意可知两灯并联连接，要使得电路工作必须电路为闭合电路，故连接如图所示：由此可知M接B，N接D符合要求，故B正确。故选：B。（2023春•滨江区期末）如图所示，弹簧测力计下挂一条形磁铁，条形磁铁下面放置一通电螺线管，当条形磁铁从左向右水平拉过时，在图像中弹簧测力计示数变化情况正确的是（）A．B． C． D．【解答】解：由图可知在对着我们的一侧是向上的，根据安培定则可知螺线管的左端是N极，右端是S极；通电螺线管两极磁性最强而中间磁性最弱，且同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，当条形磁体向右移动时，相互排斥力逐渐减小，而过了大磁体中点后，相互吸引力逐渐增大，故可以得出弹簧测力计的示数从a端到b端是逐渐变大的。故选：A。（2023春•瑞安市校级期中）如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（）A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响 C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响【解答】解：当开关断开时，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧的作用下被拉起，灯泡与电动机所在支路接通，所以电动机转动，同时灯亮，但电铃不响。故选：B。（2023•金东区二模）项目学习小组在学习电磁继电器后，用电源、滑动变阻器、开关、导线等器材设计了一个高温报警器，电路如图所示。设计要求：正常情况下绿灯亮，温度过高时电铃报警。请根据要求回答：（1）按设计要求，则图中甲位置处需要连接的元件为。A.PTC热敏电阻（阻值随温度升高而增大）B.NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小）（2）电路正确连接之后，该组同学调试过程中发现报警温度比预期偏高，经分析发现，是控制电路电源电压低于原来要求。为使该报警器能正常工作，在不改变装置的前提下，可进行的操作是：。【解答】解：（1）根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮；温度升高，热敏电阻阻值较小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增大，将衔铁吸下。所以图中的甲还需要放入的元件是NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小），故A错误，B正确；故选：B。（2）电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高，则是在热敏电阻的电阻值比较小的时候才报警说明电路中的总电阻值比较大。要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器的电阻值小一些，则需要将滑片往右移动一些。故答案为：（1）B；（2）需要将滑片往右移动一些。（2023春•西湖区校级期中）如图所示为一种仓库防盗报警器的部分工作原理图。其踏板放在仓库的门口，电铃和电灯放在值班室内。（1）踏板相当于控制电路中的。（2）用笔画线将工作电路连接完整，要求有人踩踏板时电铃响、电灯不亮；无人踩踏板时电铃不响、电灯亮。【解答】解：（1）踏板相当于控制电路中的开关，可以控制电流；（2）当有人踩踏板时，电磁铁通电，线圈有了磁性，把衔铁吸引下来，电铃工作而报警，当无人踩踏板时，电磁铁不工作，衔铁在弹簧的作用下使电灯与电源形成通路而灯亮，表示安全，图示如下：故答案为：（1）开关；（2）见解析。（2023•桐乡市模拟）如图甲为某智能扫地机器人，可通过灰尘传感器自动寻找灰尘清扫。图乙为其部分工作原理图，R为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而减小。（1）接通电源，机器人工作，当清扫到一定程度，地面灰尘减少，使地面照射到光敏电阻上的光照强度增强，电磁铁的磁性（选填“增强”、“不变”或“减弱”），B触头将与（选填“A”或“C”）接触。（2）机器人工作时，它能通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒，此时，机器人集尘盒内部的气压（选填“大于”、“等于”或“小于”）外界大气压。【解答】解：（1）当清扫到一定程度，地面灰尘减少，使照射到光敏电阻上的光照强度增强，光敏电阻变小，电流变大，电磁铁磁性增强，弹簧将衔铁吸下，B触头与静触头C接触，电动机停止工作，指示灯亮；（2）机器人工作时，它能通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒，即集尘盒内空气流速快，根据流体的压强跟流速有关，流速越大，压强越小，可知，机器人集尘盒内部的气压小于外界大气压。故答案为：（1）增强；C；（2）小于。00401强化训练（2023春•西湖区校级期中）下列用电器中，不属于电磁铁的应用的是（）A．电铃 B．电磁继电器 C．电磁起重机 D．电炉【解答】解：A、电铃存在电磁铁，通电时，电磁铁有电流通过，产生了磁性，把衔铁吸过来，使小锤打击电铃发出声音，同时电路断开，电磁铁失去了磁性，小锤又被弹回，电路闭合，不断重复，电铃便发出连续击打声了。不合题意；B、电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成，电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制；不合题意；C、电磁起重机的主要部分是磁铁，接通电流，电磁铁便把钢铁等物品牢牢吸住，吊运到指定的地方，切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了。不合题意；D、电炉工作时，电流通过电炉做功，把电能转化为内能，属于电流的热效应。符合题意。故选：D。（2023春•吴兴区期中）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电路图，以下说法中正确的是（）A．温度达到90℃，红灯亮，电铃响 B．红灯与绿灯的连接方式是串联 C．自动报警器中的电磁铁运用了电磁感应原理 D．把水银温度计换成煤油温度计同样可以工作【解答】解：A、温度达到90℃，控制电路接通，电磁铁产生磁性，衔铁被吸下来，此时红灯亮，电铃响，故A正确；B、红灯与绿灯的连接方式是并联，故B错误；C、自动报警器中的电磁铁运用了电流的磁效应，故C错误；D、水银是金属，能够导电，煤油是绝缘体；换成煤油温度计，控制电路无法导通，温度自动控制报警装置不能工作，故D错误。故选：A。（2023春•萧山区校级月考）如图是汽⻋启动装置原理图对于这一装置及其⼯作特点，下列说法中不正确的是（）A．旋转钥匙能使电磁铁所在电路⼯作 B．电磁铁的⼯作电压⽐电动机的⼯作电压低 C．电磁铁通电时，上端是S极下端是N极 D．电磁铁通电时，吸引上⽅的衔铁，使触点B向右与C接触【解答】解：AD．将汽车钥匙插入钥匙孔，转动钥匙相当于闭合电磁铁的开关，使电磁铁工作，吸引衔铁A向下，使触点B向右与C接触，把电动机所在电路接通，汽车启动，故AD正确；B．由图知，电磁铁的工作电压只是电动机的工作电压的一部分，电磁铁的工作电压比电动机的工作电压低，故B正确；C．由右手螺旋定则可知，电磁铁通电时，上端是N极下端是S极，故C错误。故选：C。（2023春•西湖区校级期中）如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图。光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违章车辆。下列有关说法正确的是（）A．只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄 B．机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄 C．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用 D．只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄【解答】解：（1）分析题意可知，只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄，因此A和B两个选项的说法是错误的；（2）分析可见，光控开关和压力开关是相互牵制，相互影响的，因此这两个开关只能串联，不能并联，所以C选项的说法也是错误的。故选：D。（2022春•长兴县月考）如图是拍摄机动车闯红灯的工作原理示意图。光控开关接收到红灯发出的光会自动闭合，压力开关受到机动车的压力会闭合，摄像系统在电路接通时可自动拍摄违规车辆。下列有关说法正确的是（）A．只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄 B．机动车只要驶过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄 C．只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄 D．若将光控开关和压力开关并联，也能起到相同的作用【解答】解：（1）分析题意可知，只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄，因此A和B两个选项的说法是错误的；（2）分析可见，光控开关和压力开关是相互牵制，相互影响的，因此这两个开关只能串联，不能并联，所以D选项的说法也是错误的。故选：C。（2022•云和县模拟）如图是一种水位自动报警的原理图；当水位低于A点时，工作电路中绿灯亮；水位到达A点时，衔铁被吸下，工作电路中红灯亮。当某次水位超过A点时，由于电磁铁磁性太弱，衔铁没有被吸下，为了能正常报警，下列做法中合理的是（）A．增加工作电路电压 B．减小控制电路电压 C．保持线圈中电流不变，增加电磁铁线圈的匝数 D．保持衔铁位置不变，增加控制电路中弹簧的拉力【解答】解：A、增加工作电路电压，不会影响到电磁铁的电流，不会改变电磁铁的磁性，故A错误；B、减小控制电路电压，当AB接通时，电路中的电流较小，电磁铁磁性较弱，电磁铁不能把衔铁吸引下来，故B错误；C、在电流一定时，增加电磁铁线圈的匝数，电磁铁的磁性增强，电磁铁对衔铁的吸引会更强，使衔铁被吸下，能正常报警，故C正确；D、保持衔铁位置不变，增加控制电路中弹簧的拉力，电磁铁不能把衔铁吸引下来，故D错误。故选：C。（2023春•滨江区校级期中）如图所示，闭合开关S，当滑片P向b端移动时，电磁铁的磁性（选填“增强”或“变弱”），条形磁体对水平地面的压力（选填“增大”、“不变”或“减小”）。【解答】解：（1）闭合开关S，当滑片P向b端移动时，变阻器连入电路中的电阻变大，由欧姆定律可知电路中的电流变小，则电磁铁的磁性变弱；（2）开关闭合，电流从螺线管的上方流入，根据安培定则可知电磁铁的下端为N极，根据同名磁极相互排斥可知，电磁铁对条形磁体有向下的斥力；当滑片P向b端移动时，电路中的电流变小，电磁铁的磁性变弱，电磁铁对条形磁体向下的斥力减小，所以条形磁体对水平地面的压力会减小。故答案为：变弱；减小。（2022春•杭州月考）小明发现超市里的手扶式电梯无人站在上面时运动较慢，有人站在上面时运动较快，他据此画出了如图所示的电路（R是一个压敏电阻）。他分析：当人站在电梯上，R的阻值，电磁铁的磁性变强，工作电路电流。（填“变大”、“不变”或“变小”）【解答】解：由图知，当衔铁与触点1接触时，R2与电动机串联，电动机转动慢，电梯运动的慢，当衔铁与触点2接触时，电阻R1断路，电动机两端电压增大，电动机转动快，电梯运动的快；再结合题意说明当人站在电梯上时，衔铁与触点2接触，电动机转动快，电梯运动的快，此时电磁铁的磁性较强，电磁铁线圈中电流较大，即说明压敏电阻R的阻值变小；当衔铁被吸下，与触点2接触，则电动机的两端电压增大，通过工作电路的电流变大。故答案为：变小；变大。（2022春•东阳市期中）阴雨天，空气潮湿，能见度低，路面湿滑，为保证师生通行安全，小明设计了如图甲警示灯的模拟电路。（1）在电路中串联一个湿敏电阻，当湿度变大，电流高达一定程度时警示灯才发光，因此应选择图乙中的（填“R1”或“R2”）湿敏电阻。（2）为了提高警示效果，要求警示灯能亮暗闪烁，湿敏电阻应连接在图甲的（填“A”或“B”）位置。【解答】解：（1）根据题意可知，当湿度变大时，电流越大，由欧姆定律可知，湿敏电阻随湿度的增加而减小，由图甲知：R1的电阻随湿度的增加而增加，R2的电阻随湿度的增加而减小，因此R2为湿敏电阻。（2）由图乙知，当空气潮湿（湿度大），能见度低时，湿敏电阻的阻值变小，根据I=U若湿敏电阻放在A位置时，会被短路，电路的电流突然增大，警示灯一下变得很亮，起到闪烁的作用，而放在B点则不会出现此现象，因此湿敏电阻应连接在图甲的A位置。故答案为：（1）R2；（2）A。（2023春•富阳区期中）要求设计一个电磁限流器，当电路中电流过大时，它能切断电路，并需手动闭合。兴趣小组设计了两个电磁限流器，示意图如下，其中的C、D为动触点。下列说法中正确的是（）A．甲和乙都能满足设计要求 B．甲能满足设计要求，乙不能满足设计要求 C．当电路中电流过大时，弹簧1和弹簧2都变短 D．乙能满足设计要求，甲不能满足设计要求【解答】解：（1）在甲图中，当电路中电流过大时，电磁铁A的磁性增强，对衔铁B的吸引力增大，使衔铁B逆时针旋转失去对闸刀S的制动作用，弹簧1把闸刀S拉起后，弹簧1缩短（弹性势能已经转换为机械能），切断电流（2）在乙图中，电流过大时，也能切断电路，但切断电路之后，电磁铁没有了磁性，弹簧2伸长，在弹簧拉力的作用下，开关又自动闭合，而甲图不能自动闭合，只有当检修完后，排除故障，人工合闸。故B正确，ACD错误。故选：B。（2023春•椒江区校级月考）如图所示是某同学连接的电铃电路。开关闭合后。电路中始终有电流，但电铃只响一声就不再响了，原因是（）A．电磁铁始终有磁性，衔铁一直被电磁铁吸着不能回弹 B．衔铁没有向下运动 C．电池电压太低 D．电磁铁的左侧上端为N极，右侧上端为S极，无法形成排斥【解答】解：当开关闭合后，电路中有电流，电磁铁有磁性，吸引衔铁，衔铁被吸下的同时，打击铃碗，发出声音。此时电路始终接通，电磁铁始终吸引衔铁，衔铁不会回弹，所以小锤不能再重复打击铃碗，故A正确，BCD错误。故选：A。（2023春•诸暨市月考）如图是小敏设计的汽车尾气中CO（一氧化碳）排放量的检测电路。当CO浓度高于某一设定值时，电铃发声报警。已知气敏电阻R1阻值随CO浓度的增大而减小，下列说法不正确的是（）A．电铃应接在C和D之间 B．当CO浓度升高，电磁铁磁性增强 C．若U1减小，报警时CO最小浓度比原设定值高 D．为使该检测电路在CO浓度更低时报警，可将R2的滑片向下移【解答】解：AB、当CO浓度升高，气敏电阻R1阻值减小，控制电路总电阻减小，电源电压不变，则控制电流电流增大，电磁铁磁性增强；当CO浓度高干某一设定值时，衔铁被吸下，电铃发声报警，故电铃应接在C、D之间，故AB正确；C、若U1减小，由欧姆定律，只有当R1阻值变小时，控制电路才能达到衔铁被吸下的最小电流，即报警时CO最小浓度比设定值高，故C正确；D、在CO浓度越低，气敏电阻R1阻值越大，因控制电路衔铁被吸下的最小电流不变，由欧姆定律和电阻的串联可知，I═UR气+R变即减小变阻器的电阻，故将故选：D。（2023春•瑞安市月考）超市的电动扶梯，有人乘时运行较快，无人乘时运行较慢。某同学想利用电磁继电器设计这样的电路。（1）力敏电阻R0的阻值与所受压力的关系如图甲所示，则由图甲可得出的结论是：。（2）根据要求请将图乙的工作电路连接完整。（3）控制电路电源电压为24V，当电流达到20mA时电磁铁将衔铁吸下。现在要求一个质量为40kg的小朋友站在电梯上，就能使电梯较快运行，则滑动变阻器R1接入电路的阻值为多大。（4）如果要求质量更小的人站上电梯就能使其较快运行，应该如何改动控制电路？（写出两种方法）。【解答】解：（1）根据图像甲可知，当压力增大时，力敏电阻的阻值变小，即力敏电阻的阻值随压力的增大而减小；（2）有人乘坐时，压力大，则力敏电阻的阻值小，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变大，电磁铁磁性增强，衔铁被吸下；工作电路中的电梯运行快，说明工作电路中的电流大，根据欧姆定律可知，电路中的电阻小，故应该只让电动机接入电路；无人乘时，压力小，则力敏电阻的阻值大，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变小，电磁铁磁性减弱，衔铁被拉起；无人乘时运行较慢，说明工作电路中的电流小，根据欧姆定律可知，电路的总电阻大，则电动机和定值电阻串联，如图所示：；（3）小朋友的重力，即对电梯的压力为：F＝G＝mg＝40kg×10N/kg＝400N；由图甲可知，此时力敏电阻的阻值为：R0＝600Ω；衔铁被吸下的电流为：I＝20mA＝0.02A；根据欧姆定律可知，控制电路的总电阻为：R=UI=根据串联电路的电阻关系可知，滑动变阻器R1接入电路的阻值为：R1＝R﹣R0＝1200Ω﹣600Ω＝600Ω；（4）要求质量更小的人站上电梯就能使其较快运行，质量变小，重力变小，则对电梯的压力变小，根据图甲可知，此时力敏电阻的阻值变大，控制电路的总电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，由于吸合电流不变，要使此时的电流达到吸合电流，则需要增大电路中的电路，故采取的方法是：①减小电路的总电阻，即滑动变阻器R1接的滑片向左移动；②增大电源电压。故答案为：（1）力敏电阻的阻值随压力的增大而减小；（2）如上图；（3）600Ω；（4）①滑动变阻器R1接的滑片向左移动；②增大电源电压。（2023春•金东区期中）空气炸锅是一种利用热空气对流给食材加热变熟并使食物达到近似“油炸”效果的机器。如图甲是某种空气炸锅加热管的简化电路控制电路电压为6V。R0为热敏电阻，其阻值随温度变化如图乙所示；R为可调电阻器，电磁继电器线圈的电阻忽略不计，当继电器线圈电流达到50mA时，衔铁会被吸下。工作电路电压为220V，R1、R2为加热电阻。（1）由图乙可知，热敏电阻R0的阻值随温度的升高而；（2）为使电磁继电器中的线圈磁性增强，里面一般装有；（选填“铁棒”或“钢棒”）（3）使用爆米花功能时，需要温度达到200℃时吸下衔铁停止加热进行保温，此时可调电阻器R接入电路的阻值大小。【解答】解：（1）由图乙可知，热敏电阻R0的阻值随温度的升高而减小；（2）软铁和钢棒都是磁性材料，钢当被电磁铁吸引后被磁化能长期保存磁性，当电磁铁中没有电流释放衔铁时，用钢做的衔铁不能离开电磁铁；（3）使用爆米花功能时，设定温度达到200℃时停止加热，由图乙R0的电