2.2 电磁铁 电磁继电器（解析版）

知识点一、电磁铁1、概念用一根导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过时由磁性，没有电流时就失去磁性。我们把这种磁体叫做电磁铁。2、电磁铁的构造如图所示，电磁铁主要由线圈和铁芯（由软铁制成，不能用钢，因钢磁化后磁性不易消失）构成。当线圈通过电流时产生磁场，而铁芯可以可以在线圈产生磁场时被磁化，产生与螺线管的磁场方向一致的磁场，大大增强了电磁铁的磁性。3、电磁铁极性的判断插入铁芯只是为了增强螺线管的磁性，不会影响通电螺线管的磁极磁性，仍然可以用安培定则来表述电流方向和磁极之间的关系。拓展培优：常见的电磁铁多数成U型，目的是使电磁铁的两个磁极能同时吸引物体，增大其吸引力。知识点二、电磁铁的磁性1、电磁铁的优点：（1）磁性强弱与通入的电流大小和线圈的匝数有关，电流越大，磁性越强；在电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强；（2）磁性有无可由电路的通断来控制。通电时有磁性，断电时磁性立即消失。（注意：电磁铁中的铁芯必须采用软铁，而不能用钢，因为钢能保持磁性）；（3）磁极的性质可以通过电流的方向来改变。2、电磁铁的特点和应用（1）电磁铁的特点①磁性的有无可通过通断电流来控制；②磁极的极性可通过改变电流的方向来实现；③磁性的强弱可通过改变电流大小、线圈的匝数来控制。（2）电磁铁在实际生活中的应用①对磁性材料有力的作用。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；②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，如磁浮列车、磁疗设备、测量仪器以及研究微观粒子的加速器等。3、扬声器：（1）构造：固定的永磁体，线圈，锥形纸盆。（2）工作原理：它是把电信号转换成声信号的一种装置。由于线圈中通过的电流是交变电流，它的方向不断改变，线圈就不断的被永磁体吸引和排斥使线圈来回振动，同时带动纸盆的振动，于是扬声器就发出了声。知识点三、电磁继电器1、定义：电磁继电器时利用低电压、弱电流的路的通断，来间接控制高电压、强电流电路的通断的装置，其实质就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。含电磁铁的电路称为低压控制电路，被控制的电路称为高压工作电路。2、构造及工作原理电磁继电器的电路包括低压控制电路、高压工作电路两部分，如图所示。控制电路接通时，电磁铁产生磁性吸下衔铁，动、静触点接触，接通工作电路；控制电路断开时，电磁铁失去磁性，在弹簧作用下释放衔铁，动、静触点分离，工作电路断开。从而通过控制电路的通断来控制工作电路的通断。3、电磁继电器的应用远离高电压利用电磁继电器可以通过控制低压电路通断间接控制高压电路的通断，使人避免高压触电的危险，如大型变电站的高压开关等。远离有害环境利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等有害环境，实现远距离控制。如核电站中的开关等。实现自动控制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，还可以实现对温度、压力、或光照的自动控制。如水位自动报警器、温度自动报警器等。1、某兴趣小组设计了一种路灯自动控制装置，路灯的通断由光控开关控制，两路灯的额定电压为220V，R为保护电阻，S为光控开关，白天光控并关断开两路灯不发光，晚上光控开关闭合，两路灯正常发光。下列电路设计符合要求的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．当开关S闭合时，将衔铁吸引下来，下面的灯亮，当开关断开，上面的灯亮，即每一次只能亮一个灯，故A不符合题意；B．工作电压只有220V，而此选项中两个灯泡串联，两个灯泡都不能正常发光，故B不符合题意；C．两灯泡并联，都能正常发光，且当开关闭合时，衔铁被吸下，灯泡正常发光，当开关断开时，两灯泡都不发光，故C符合题意；D．不论开关是否闭合，两个灯泡都能同时正常发光，不能同时熄灭，故D不符合题意。故选C。2、如图所示是探究电磁铁磁性特点的电路图，闭合开关后，其电磁铁的A端是极，当滑动变阻器的滑片P向a端滑动时，电流表的示数（选填“变大”“变小”或“不变”），电磁铁的磁性（选填“变强”“变弱”或“不变”）。【答案】S；变小；变小。【解析】根据安培定则可知，四指的方向为电流的方向，大拇指的方向即为N极的方向，故B为N极，A为S极。当滑动变阻器的滑片P向a端滑动时，滑动变阻器接入的电阻变大，总电阻变大，电源电压不变，故电流表的示数变小。电流变小，通电螺线管的磁性变弱。3、如图是研究巨磁电阻（GMR电阻在磁场中急剧减小）特性的原理示意图，闭合开关S1、S2后，电磁铁右端为极，滑片P向左滑动过程中，指示灯明显变（选填“亮”或“暗”）。【答案】S；亮。【解析】根据右手螺旋定则，四指的方向为电流的方向，大拇指为N极，故电磁铁的右端为S极。滑片P向左滑动过程中，电阻变小，电流变大，磁性变强，GMR电阻变小，总电阻变小，电流变大，故灯泡变亮。1、图甲是磁悬浮台灯，灯泡内部装有磁体和半导体芯片，灯座内有如图乙所示电磁铁。灯座通电后，灯泡会悬浮在灯座上方，半导体芯片发光。下列说法正确的是（）A．发光的半导体芯片电阻为零B．灯泡悬浮是利用同名磁极相互排斥的原理C．通电后电磁铁具有磁性说明磁能生电D．通电后电磁铁的下端为S极【答案】B【解析】A．半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，具有一定的电阻值，因此半导体芯片的电阻不为0，故A错误；B．同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引，灯泡悬浮利用了同名磁极相互排斥的原理，故B正确；C．电磁铁是利用电流的磁效应工作的，当电流流过电磁铁线圈时，电磁铁就具有磁性，说明电能生磁，故C错误；D．电流从电磁铁线圈的上端流入，由安培定则可判断电磁铁的下端为N极，故D错误。故选B。2、如图所示，闭合开关后，下列说法不正确的是（）A．电铃利用电流热效应工作B．电源用来提供电能C．导线用来连接电路元件D．开关用来控制电流通断【答案】A【解析】A．电铃的重要部件是电磁铁，利用电流的磁效应工作的，故A错误，A符合题意。B．在电路中，电源是用来提供电能的，将其他形式的能转化成电能，故B正确，B不符合题意。C．在电路中，导线具有良好的导电性，导线用来连接电路中的各个元件，使电路构成回路，故C正确，C不符合题意。D．在电路中，用开关来控制电路的通断，故D正确，D不符合题意。故选A。3、如图所示，是智能扶手电梯的原理图，其中是压敏电阻。电梯上无乘客时，电动机转动变慢，使电梯运动变慢；电梯上有乘客时，电动机转动变快，使电梯运动变快。下列说法正确的是（）A．电磁铁上端是极 B．电磁继电器与发电机工作原理相同C．电梯上无乘客时，衔铁与触点2接触 D．电梯上有乘客时，压敏电阻的阻值减小【答案】AD【解析】A．根据安培定则，伸出右手，四指的方向为电流的方向，大拇指的方向为N极的方向，故电磁铁的下端为N极，上端为S极，故A正确；B．电磁继电器工作的原理是电流的磁效应，即通电导线周围存在磁场，而发电机工作原理是电磁感应现象，即闭合电路的部分导体切割磁感线时，会产生感应电流，故B错误；C．如图所示，当触点与1接触时，电动机与定值电阻R1串联，电动机分担的电压比较小，转速比较慢，而当触电与2接触时，只有电动机接入电路，电动机转动变快，故当有乘客时，衔铁与2接触，没有乘客时，衔铁与1接触，故C错误；D．当有乘客时，衔铁与2接触，此时衔铁被吸下来，说明通过电磁铁的磁性变强，通过电磁铁的电流变大，则说明压敏电阻的阻值变小，故D正确。故选AD。4、如图所示，是巨磁电阻特性原理的示意图，其中GMR是一个巨磁电阻，其阻值随磁场的增强而急剧减小。闭合开关S1、S2，下列说法正确的是（）A．电磁铁的右端为N极B．当滑片P向右滑动时，电磁铁磁性增强C．当滑片P向左滑动时，巨磁电阻的阻值增大D．当滑片P向左滑动时，指示灯变亮【答案】D【详解】A．闭合开关S1，电流从电磁铁的右端流入，左端流出，根据安培定则可知电磁铁左端为N极，右端为S极，故A错误；BCD．闭合开关S1、S2，滑片P向右滑动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变大，电压一定，由可知，电流变小，电磁铁磁性减弱；滑片P向左滑动时，电磁铁磁性增强，由题可知，巨磁电阻的阻值减小，电压一定，由可知，电流变大，所以指示灯变亮，故BC错误，D正确。故选D。5、创新小组的同学们为学校食堂设计了一个可自动注水的储水池。如图是它的简化装置图，电源电压一定。控制电路中，RN为压敏电阻，其阻值随压力的变化而变化，R0为定值电阻。闭合开关S1、S2，当池中水位上升到一定高度时，触点分离，工作电路断开，注水装置自动停止注水，当池中水位下降到一定位置时，触点连接，工作电路接通，注水装置自动开始注水。下列分析正确的是（）A．水位上升时，电磁铁磁性变弱 B．水位上升时，通过R0电流变小C．水位下降时，R0两端的电压变大 D．水位下降时，RN的阻值会变大【答案】D【解析】AB．水位上升时，向池中注水，触点接触，当注满水时，触点分离，说明RN电阻逐渐减小，电流变大，磁性变强，将衔铁吸引到下面，故AB错误；CD．水位下降时，需要注水，触点接触，电磁铁磁性减弱，故RN的阻值会变大，电流变小，根据可知，R0两端的电压变小，故C错误，D正确。故选D。6、下图所示是一种水位自动报警器的原理图。水位没有达到金属块A时，灯亮；水位达到金属块A时，由于一般的水是，灯亮。【答案】L1；导体；L2。【解析】当水位下降没有达到金属块A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L1亮；当水位上涨时，水与金属A接触，由于水是导体，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L2灯发光。7、如图甲所示的智能电梯在有、无人乘坐时会以不同的速度运行，这样可以节约用电。图乙所示是其控制电路图，R是一个压敏电阻，其阻值随压力的减小而增大。当有人走下电梯后，左侧电路中电流（选填“增大”、“减小”或“不变”），则图中电磁铁的磁性将（选填“增强”、“减弱”或“不变”）。【答案】减小；减弱。【解析】当有人走下电梯后，压力减小，压敏电阻阻值增大，故左侧电路中电流减小，电磁铁磁性减弱。8、在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验中，小明制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。（1）实验中，通过观察来判断电磁铁磁性的强弱；（2）根据图示的情景可知，（选填“甲”或“乙”）吸引的大头针个数较多，说明电流一定时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越（选填“强”或“弱”）；当滑动变阻器的滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数增加，说明电流越，电磁铁的磁性越强；（3）根据右手螺旋定则，可判断出乙电磁铁的上端是（选填“N”或“S”）极；（4）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是。【答案】吸引大头针的数量；甲；强；大；S；见解析。【解析】（1）电磁铁的磁性强弱无法用眼睛直接观察，通过电磁铁吸引大头针的多少来反映磁性的强弱。（2）由图知，两电磁铁串联，电流相等，甲的线圈匝数较多，甲吸引的大头针较多，说明电流相同，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强；由图知，当滑动变阻器滑片向左移动时，滑动变阻器的电阻变小，电路中的电流变大，电磁铁甲、乙的磁性增强，吸引大头针的个数都增加，所以在线圈匝数一定时，电流越大，电磁铁磁性越强；（3）电流从电源的正极流出，经滑动变阻器后从乙的上端流入，根据右手螺旋定则，让右手四根手指顺着电流的方向握住螺线管，伸开大拇指后指向乙电磁铁的下端，故下端为乙电磁铁的N极，上端是S极。（4）大头针被磁化，大头针下端的磁极相同，互相排斥，所以下端分散。1、在图中的自动控制电路中，当控制电路的开关S闭合时，工作电路的情况是()A.灯不亮，电铃响B.灯不亮，电铃不响C.灯亮，电铃不响D.灯亮，电铃响【答案】A【解析】当控制电路的开关S闭合时，控制电路中有电流，电磁铁有磁性，吸引衔铁，动触头和下面电路接通，电铃工作，和上面的电路断开，所以灯不亮。2、电梯设置有超载自动报警系统，其工作原理如图所示，R为保护电阻，压敏电阻的阻值随压力的增大而减小。下列说法正确的是()。A.控制电路接通后，电磁铁的上端为N极B.电梯正常运行时K与B接触C.超载时电磁铁磁性增大D.处于图示位置时电磁铁对衔铁的吸引力大约是弹簧弹力的3倍【答案】C【解析】此题主要考查的是学生对电磁铁和电磁继电器的原理、磁性强弱的影响因素、安培定则和杠杆平衡条件的理解和掌握，知识点较多，但都是基础性题目。工作时，电流从电磁铁的下面导线流入，利用安培定则判断出电磁铁的上端为S极，下端为N极，故A错误；正常情况下(未超载时)，衔铁被弹簧拉起，K与静触点A接触，故B错误；超载时，随着压力的增大，压敏电阻的阻值随着减小，电路中的电流逐渐增大，电磁铁的磁性逐渐增强，故C正确；可以把衔铁看成是一个杠杆，处于图示位置时，电磁铁对衔铁的吸引力的力臂是弹簧弹力力臂的3倍，由杠杆的平衡条件可知，电磁铁对所衔铁的吸引力大约是弹簧弹力的1/3，故D错误。3、近期，我国南方各地普降暴雨，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.如图所示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BB.M接B，N接DC.M接B，N接CD.M接A，N接D【答案】B【解析】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。4、小科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，要求光暗时灯亮，光亮时灯灭.在实际调试时，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.减少螺线管线圈的匝数B.抽出螺线管中的铁芯C.滑动变阻器滑片P向右移动D.减小控制电路电源电压【答案】C【解析】本题结合电磁铁磁性强弱的影响因素以及电磁继电器的工作原理进行综合考查，而且是逆向考查.要求光暗时灯亮，光亮时灯灭，而在实际调试时，发现灯始终亮着，说明电磁铁的磁性太弱，无法将衔铁吸下，故要减小电阻来增大电流。5、如图所示是“追风者”磁悬浮列车悬浮原理的示意图.该列车通过磁体之间的相互作用，悬浮在轨道上方，以提高运行速度.这里的相互作用是指（）A.异名磁极相互吸引B.同名磁极相互吸引C.异名磁极相互排斥D.同名磁极相互排斥【答案】A【解析】据图可知，“追风者”磁悬浮列车悬浮是靠异名磁极相互吸引的原理工作的.故选A。6、如图是研究电磁铁磁性强弱的实验装置，其中E是电磁铁。只利用此装置可以研究电磁铁磁性强弱与是否有关。闭合开关S后，发现电磁铁吸引起少量大头针。为了让电磁铁能吸引起更多的大头针，只利用图中的器材，可以将滑动变阻器滑片向移动。（选填“左”或“右”）【答案】电流强度；左。【解析】由图中可知，移动滑动变阻器滑片的位置，可以改变滑动变阻器接入电路中阻值的大小，从而改变电路中电流的大小，故利用此装置可以用来探究电磁铁磁性强弱与电流强度是否有关。为了让电磁铁能吸引更多的大头针，应增大电磁铁的磁性，即要增大电路中的电流，应减小滑动变阻器接入电路中的阻值，故应将滑动变阻器的滑片向左移动。7、某实验小组用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。他们用相同的漆包线和铁钉绕制成两个电磁铁A和B，B铁钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图所示。（1）如图甲，闭合开关，电磁铁A的钉尖是极（选填“N”或“S”）；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”）；（2）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总能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是；（3）电磁铁在生活中应用广泛，请举一例：。【答案】

S

更少

电流相同时，匝数越多，电磁铁磁性越强

电铃【解析】（1）由图甲可知，铁钉表面的电流方向向右，根据安培定则可知，钉尾为N极，顶尖为S极。当滑动变阻器的滑片向右端滑动时，电路中的电阻变大，则电流变小，即由铁钉组成的电磁铁磁性减弱，则吸引的大头针数量会更少。（2）由图乙可知，电磁铁A和B串联，则电路中的电流相等，因为电磁铁B的线圈匝数多，所以吸引的大头针多，则说明电流相同时，匝数越多，电磁铁磁性越强。（3）电磁铁在生活中应用广泛，如电铃，电磁起重机等等。8、学习了“电生