初中物理九年级上册20.3电磁铁、电磁继电器（教学课件）

第二十章电与磁第二十章电与磁第3节电磁铁、电磁继电器在地球南北极附近的高纬度地区，人们常常可以看到一种奇异的自然现象：巨大的天幕似乎被染上了各种颜色；这些颜色还会不断变化，从紫色到黄绿色，直至橘红色，耀人眼目。这是天上的画家在挥笔作画，还是盛装的少女手持彩练在空中载歌载舞？古人对这种现象进行了种种猜测，直到近代，才有了科学的解释。科学家把这种现象叫做“极光”。极光的发生与地球的磁场有密切关系。1.电磁铁.2.电磁铁的磁性.3.电磁继电器.学习内容导览学习目标1.描述电磁铁；说明电磁铁的特点和工作原理.2.能通过实验，得出电磁铁磁性强弱与哪些因素有关.3.能说明电磁继电器的结构及工作原理，

了解电磁继电器在生产、生活中的应用.①通电螺线管的磁场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。②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。

第3节电磁铁、电磁继电器一、电磁铁一、电磁铁二、电磁铁的磁性三、安培定则四、电磁继电器五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程1.概念内部插有铁芯的螺线管，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性，这种磁体叫做电磁铁。如图所示。

2.特点：有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性。一、电磁铁螺线管铁芯U形电磁铁

电磁铁3.工作原理电磁铁是利用电流的磁效应来工作的。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磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。一、电磁铁螺线管的磁场+铁芯的磁场螺线管的磁场4.电磁铁磁极极性的判断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。一、电磁铁【例题1】（多选）下列有关电磁铁的说法中，正确的是（）A.铁芯使通电电磁铁的磁性增强B.电磁铁断电后，仍然有很强的磁性C.电磁铁的铁芯可以用铜棒代替D.电磁铁是根据电流的磁效应制成的A.铁芯在螺线管的磁场中被磁化，两磁场叠加，使电磁铁的磁性大大增强。故A正确。B.电磁铁断电后，会失去磁性，故B错误。C.电磁铁的铁芯不能用铜棒代替，因铜棒不能被磁化，故C错误。D.电磁铁是根据电流的磁效应制成的，故正确。AD所以选AD。一、电磁铁二、电磁铁的磁性一、电磁铁二、电磁铁的磁性三、电磁继电器四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程（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。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。二、电磁铁的磁性1.探究影响电磁铁磁性强弱的因素（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。二、电磁铁的磁性二、电磁铁的磁性把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。SRAP（4）实验器材与电路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。（5）进行实验二、电磁铁的磁性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。C二、电磁铁的磁性实验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。（6）分析论证线圈匝数一定时，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，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。二、电磁铁的磁性（7）实验结论2.电磁铁的优点（1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。（2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。（3）可以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。二、电磁铁的磁性3.电磁铁的应用（1）电磁铁可以直接对磁性物质有吸引力的作用主要应用在电铃、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。电磁起重机电铃耳麦、喇叭二、电磁铁的磁性（2）电磁铁的另一个应用是产生强磁场。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。二、电磁铁的磁性【例题2】小华想用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。（1）他用相同的漆包线和____（选填“钢钉”或“铁钉”）绕制成两个电磁铁A和B，B钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示；（2）如图甲，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，能吸引的大头针_____（选填“更多”“不变”或“更少”），说明在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与__________有关；（3）如图乙，把电磁铁A和B串联。闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是______。见解析解析见下页更少铁钉电流大小二、电磁铁的磁性（1）钢是硬磁性材料，铁是软磁性材料。硬磁性材料磁化后不易退磁，软磁性材料磁化后很少保留磁性。因此用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，实验装置如图所示。（2）图甲中，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P向右移动，滑动变阻器连入电路的电阻变大，电路电流变小，电磁铁磁性变弱，能吸引更少的大头针，根据控制变量法可知，在线圈匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与电流大小有关。（3）图乙中，电磁铁A和B串联。闭合开关后，电磁铁A和B通过的电流相等，但电磁铁B比电磁铁A的线圈匝数多，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁铁B总比A能吸引更多的大头针，根据控制变量法，可得出的结论是在电流大小一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。二、电磁铁的磁性三、电磁继电器一、电磁铁二、电磁铁的磁性三、电磁继电器四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程在生产技术中，一些大型机器在工作时的电流大，电压高，人们直接控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？原来人们使用了电磁继电器，下面学习电磁继电器的工作原理。1.电磁继电器概念三、电磁继电器电磁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。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。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.三、电磁继电器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.三、电磁继电器

4.电磁继电器的应用（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。三、电磁继电器应用实例——（1）温度自动报警器电磁铁衔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。三、电磁继电器工作原理：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。三、电磁继电器右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，请你在右图所示的继电器上把电源连在电路里，使它成为一个电铃。应用实例——（2）机械电铃工作原理三、电磁继电器解析：如图所示。三、电磁继电器三、电磁继电器应用实例——（3）水位自动报警器原理当水位上涨时，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。【例题3】感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭；控制电路如图所示，电源电压恒定，R1为定值电阻，R2为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。（1）如图，圆形虚线框内为本电路的核心部件，它是通过低电压、弱电流来控制高电压、强电流的电路通断的装置，其名称为__________，它的原理是______________；（2）在本图中，当控制电路电流增大到一定程度时，受控电路将_______（选填“接通”或“断开”）；（3）光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值______，电压表示数______（选填“增大”“减小”或“不变”）.电流的磁效应电磁继电器断开减小减小三、电磁继电器（1）电磁继电器功能是利用控制电路的低电压、弱电流来控制工作电路的高电压、强电流，其主要部件是电磁铁，电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的。（2）控制电路电流增大到一定程度时，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；（3）感应照明灯可以在天暗时自动发光，天亮时自动熄灭，说明光照强度增大时，光敏电阻R2的阻值减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，受控电路断开，灯L熄灭；控制电路电流增大，定值电阻R1两端的电压增大，电源电压不变，光敏电阻R2两端的电压变小，即电压表的示数减小。三、电磁继电器四、课堂总结一、电磁铁二、电磁铁的磁性三、电磁继电器四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程优点电磁继电器磁性强弱电磁铁

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.电磁铁电磁铁电磁继电器四、课堂总结（1）

五、动手动脑学物理一、电磁铁二、电磁铁的磁性三、电磁继电器四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程五、动手动脑学物理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。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。五、动手动脑学物理2.图是一种温度自动报警器的原理图。制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，电源的两极分别与水银和金属丝相连。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。水银是导体，当温度达到金属丝下端所指的温度时，左边电路接通，此时电磁铁的线圈中有电流通过，电磁铁会产生磁性，能吸引铁质物体，所以右边的铁质开关被吸引而闭合，右边电路接通，有电流经过电铃，电铃就响起来；它在工作中相当于用电磁继电器控制工作电路中电流的通断。3.图20.3-9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，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，请你在图20.3-5所示的继电器上把电源连在电路里，使它成为一个电铃。这样的电铃没有铃碗，通常叫做蜂鸣器。五、动手动脑学物理答案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。图20.3-10是说明巨磁电阻特性原理的示意图，图中GMR是巨磁电阻。如果闭合S1、S2并使滑片P向左滑动，指示灯亮度会有什么变化?五、动手动脑学物理五、动手动脑学物理闭合S1、S2，并使滑片向左滑动，左侧控制电路中的电阻减小，根据欧姆定律可知，左侧电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强。巨磁电阻（GMR）与周围的磁场有关，且巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小，故GMR的电阻变小，所以工作电路中的电流变大，指示灯变亮。六、课堂练习一、电磁铁二、电磁铁的磁性三、电磁继电器四、课堂总结五、动手动脑学物理六、课堂练习本节课学习流程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

A．电磁铁的铁芯需用软磁性材料制成，使之通电有磁性，断电无磁性，故A错误；B．电磁铁的磁极随着电流方向的变化而变化，故B错误；C．电磁铁磁性的极性与通入的电流方向有关，电磁铁磁性的强弱与通入的电流方向无关，故C错误。故选D。六、课堂练习2.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A．铁钉与漆包铜线制成电磁铁，并将其接入电路时，由于电流的磁效应，铁钉会产生磁性，但不会在铁钉里产生电流，故A项不符合题意；B．铁钉中没有电流，不会因为电流的热效应而发热，漆包铜线的电阻较小，当导线中有电流时，电流产生的热量较少，铁钉的温度不会急剧升高，故B项不符合题意；CD．铁钉与漆包铜线制成电磁铁，电磁铁通电后铁钉有磁性，吸引大头针，不能吸引小纸屑，故C项符合题意，D项不符合题意。C故选C.六、课堂练习3.小明把表面涂有绝缘层的导线绕在一根大铁钉上，把导线和其他元件连接成如图所示的电路，用来探究电磁铁磁性强弱与什么因素有关。小明把开关闭合后，发现电流表有示数，但电磁铁不能吸起大头针。（1）电磁铁不能吸起大头针的可能原因是_____。（2）写出验证你的猜想是否正确的方法：______。（1）闭合开关后，电路中有电流通过，通电螺线管有磁场，但电磁铁不能吸起大头针，可能原因是导线中的电流过小，造成磁场过弱，磁场力小于大头针的重力。（2）断开开关，向左移动滑动变阻器的滑片以增大电路中的电流，闭合开关后将电磁铁靠近铁钉，观察电磁铁能否将铁钉吸起。导线中的电流过小见解析六、课堂练习4.党的二十大报告指出“科技是第一生产力”。某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块A时（一般的水都能导电），则（）A．两灯都亮B．两灯都不亮C．只有绿灯亮D．只有红灯亮图中所示的水位自动报警器工作原理：当水位到达A时，由于一般水具有导电性，那么电磁铁所在电路被接通，电磁铁有磁性，电磁铁向下吸引衔铁，从而接通红灯所在电路，此时红灯亮，而绿灯不亮。故选D。D六、课堂练习5.为实现节能和智能控制，空调内部用到了温度传感器（相当于热敏电阻）和电磁继电器，如图所示是启动与停止空调压缩机的电路示意图。夏天，空调制冷时，房间温度降低，当房间温度低于设定温度时，工作电路就断开，停止制冷。下列说法正确的是（）A．电磁继电器是利用电磁感应原理工作的B．空调制冷使房间温度降低时，热敏电阻的阻值变大C．空调制冷使房间温度降低时，电磁铁的磁性变强D．空调制冷使房间温度降低时，控制电路消耗的电功率变大B六、课堂练习解析见下页A．电磁继电器是使用低电压、弱电流的控制电路，控制高电压、强电流的工作电路，不是利用电磁感应原理工作的，故A错误；BC．根据题意可知，当房间温度低于设定温度时，工作电路就断开，说明温度越低，电磁铁磁性越弱，通过的电流越小，热敏电阻阻值越大，故B正确，C错误；D．