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第3节电磁铁电磁继电器【新课导思】在废旧钢铁回收站和炼钢车间常常利用电磁起重机。铁片、铁丝、废铁等铁料,不装箱不打包利用电磁起重机就能很方便地收集和搬运。电磁起重机的工作原理是怎样的呢?【目标导学】1.能描述电磁铁,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其工作原理,了解电磁继电器在生产、生活中的应用。【自主预习】1.电磁铁:(1)结构:_______和_____。(2)特点:有电流通过时有_____,没有电流通过时失去_____。螺线管铁芯磁性磁性(3)影响电磁铁磁性强弱的因素:①匝数一定时,_____越大,磁性越强。②电流一定时,外形相同的螺线管,_____越多,磁性越强。(4)应用:___________、_______、_______、电铃、电磁继电器、磁浮列车等。电流匝数电磁起重机电动机发电机2.电磁继电器:(1)结构:_______、_____、弹簧、触点等。(2)工作电路构成:_________电路和_________电路。(3)实质:利用_______来控制工作电路的一种开关。(4)作用:利用_______________电路的通断来间接地控制_______________电路的通断。电磁铁衔铁低压控制高压工作电磁铁低电压、弱电流高电压、强电流知识点一电磁铁1.提出问题:电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关呢?2.猜想与假设:________________________________。提示:可能与线圈中的电流大小和线圈的匝数有关(或其他猜想)3.设计与进行实验(1)把滑动变阻器、电流表和一定匝数的线圈(内部有铁钉)串联起来,通过开关接到电源上。(2)调整变阻器的滑片,改变电路中的电流,观察通入0.6A、1.0A和1.2A的电流时,电磁铁吸引曲别针的数目。(3)改换不同匝数的螺线管,调整变阻器的滑片,观察通入0.6A、1.0A和1.2A的电流时,电磁铁吸引曲别针的数目。4.实验数据及分析:序号电流表示数I/A线圈匝数/匝吸引曲别针个数10.650221.050331.250440.6100451.0100561.21008分析实验数据,你可得出的实验结论:(1)分析1、2、3(或4、5、6)组数据可得出结论:__________________________________________________。(2)分析1、4(或2、5或3、6)组数据可得出结论:__________________________________________________。提示:(1)分析1、2、3(或4、5、6)组数据可知,线圈的匝数相同,通过线圈中的电流越大时,电磁铁吸引的曲别针个数越多,说明电磁铁的磁性越强,故可得出结论:线圈匝数一定时,通过线圈的电流越大,电磁铁的磁性越强。(2)分析1、4(或2、5或3、6)组数据可知,电流大小相同,线圈的匝数越多,电磁铁吸引的曲别针个数越多,说明电磁铁的磁性越强,故可得出结论:通过线圈的电流一定时,线圈的匝数越多,电磁铁的磁性越强。参考答案:(1)线圈匝数一定时,通过线圈的电流越大,电磁铁的磁性越强(2)通过线圈的电流一定时,线圈的匝数越多,电磁铁的磁性越强5.交流与讨论(1)实验中是如何判断电磁铁磁性强弱的?这是利用了哪种物理学研究方法?实验中还利用了哪种研究方法?参考答案:观察电磁铁吸引曲别针的个数转换法控制变量法(2)实验中滑动变阻器的作用是什么?提示:在电路中,闭合开关前,要将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,起到保护电路的作用。在探究匝数一定,磁性强弱与电流大小的关系时,利用滑动变阻器来改变电路中的电流。参考答案:保护电路,改变电路中的电流(3)探究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系时,还可怎样设计电路控制电流相等?提示:串联电路中各处的电流都相等,故将不同匝数的电磁铁串联接在同一电路中,可控制电流相等。参考答案:在同一电路中,将不同匝数的电磁铁串联【示范题1】(2017·金华中考)在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时,小科设计了如图所示的电路,下列相关说法不正确的是()A.电磁铁A、B上方都是S极B.通过电磁铁A和B的电流相等C.电磁铁A的磁性强于电磁铁B的磁性D.向右移动滑片P,电磁铁A、B磁性都减弱【精讲精析】由安培定则可知,电磁铁A的上方为N极,B的上方为S极,故A错误;由题图可知,电磁铁A和B串联接入电路中,所以电流相等,故B正确;电磁铁A和B的电流相同,由题图可知A的线圈匝数多于B的线圈匝数,A的磁性强于B的磁性,故C正确;向右移动滑片P,滑动变阻器接入电路的电阻变大,根据欧姆定律可知,电流减小,电磁铁A、B磁性都减弱,故D正确。故选A。答案:A【微点拨】(1)线圈匝数不变时,电流变化,磁性强弱变化,电流越大,电磁铁磁性越强。(2)电流大小不变时,根据线圈匝数多少判断磁性强弱,线圈匝数越多,电磁铁磁性越强。【知识拓展】电磁铁的铁芯用软铁而不能用钢制成的原因电磁铁要求其磁性随着通入电流的大小而发生明显变化,而且还要求可以通过电流的通断来控制磁性的有无。软铁容易被磁化,磁性也很容易消失,而钢具有长期保持磁性的性质,钢被磁化后磁性不消失而成为永磁体。所以电磁铁的铁芯用软铁而不用钢制成。知识点二电磁继电器电磁继电器的构造如图所示,结合图形思考以下问题:1.根据电磁铁特点和电磁继电器工作电路,分析工作过程:在D、E间加上较低的电压时,电磁铁有_____,衔铁被_____,_____两个接线柱所连的触点接通,从而使与____两接线柱相连的工作电路工作;当D、E间无电压时,电磁铁无磁性,衔铁在弹簧的作用下上升,使_____两个接线柱所连的触点接通,从而使与______两接线柱相连的工作电路工作。提示:当在D、E间加上较低的电压时,螺线管内有电流通过,电磁铁有磁性,此时衔铁在电磁铁的吸引下被吸下,使B、C两个接线柱所连的触点接通,从而使与B、C两接线柱相连的工作电路工作;当D、E间无电压时,电磁铁无磁性,衔铁在弹簧的作用下上升,使A、B两个接线柱所连的触点接通,从而使与A、B两接线柱相连的工作电路工作。参考答案:磁性吸下B、CB、CA、BA、B2.由以上分析可见:电磁继电器的实质就是利用____控制工作电路通断的____。参考答案:电磁铁开关3.交流与讨论电磁继电器在应用上有哪些优点?提示:(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,使人远离高压的危险。(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,在一定条件下可以实现自动控制。参考答案:(1)利用低电压、弱电流控制高电压、强电流的工作电路(2)实现远距离控制(3)实现自动控制【示范题2】(2017·天水中考)如图所示,开关闭合时,电磁铁上端为N极,下端为S极,在图中括号内标出控制电路电源的正负极,并将工作电路图连接完整。要求:开关闭合时,电动机转,小灯泡不亮;开关断开时,小灯泡亮,电动机不转。【精讲精析】本题考查安培定则的应用和电路的连接。电磁铁上端为N极,下端为S极,根据安培定则可知,电流从螺线管的下端流入,上端流出,故电源的左端为正极,右端为负极;开关闭合时,电磁铁具有磁性,会吸引衔铁,使电动机的电路接通;开关断开时,衔铁在弹簧拉力的作用下与电磁铁分离,使小灯泡的电路接通。答案:如图所示:【微点拨】分析电磁继电器的应用实例“三步曲”(1)分析低压控制电路中“开关”的类型:①人工控制式(踩踏、开关等);②液体控制式(恒温箱中的温度计的水银、水位自动报警器中的水);③红外线控制式;④温控式(热敏电阻等);⑤光控式(光敏电阻)。(2)分析低压控制电路:控制电路接通或断开时,电磁铁磁性有或无;衔铁是被吸引还是被弹簧拉起。(3)分析高压工作电路:与衔铁固定在一起的动触点与静触点是接通还是断开;高压工作电路的哪一部分接入电路,哪些用电器开始工作。【知识拓展】1.电磁继电器在生产、生活中的应用:(1)汽车领域:比较常见的继电器有:启动电动机的启动继电器、喇叭继电器、电动机或发电机断路继电器、充电电压和电流调节继电器、转变信号的闪光继电器、灯光亮度控制继电器以及空调控制继电器、推拉门自动开闭控制继电器、玻璃窗升降控制继电器。(2)家用电器:空调继电器主要用于控制压缩机电动机、风扇电动机和冷却泵电动机,以执行相关的控制功能。(3)工业控制继电器:主要的控制功能由通用交流继电器完成。通常由按钮或限位开关驱动继电器。继电器的触点可以控制电磁阀、较大的启动电机以及指示灯。2.继电器的主要产品技术参数:(1)额定工作电压:指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同,可以是交流电压,也可以是直流电压。(2)直流电阻:是指继电器中线圈的直流电阻,可以通过万能表测量。(3)吸合电流:是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时,给定的电流必须略大于吸合电流,这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压,一般不要超过额定工作电压的1.5倍,否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。(4)释放电流:是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时,继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远小于吸合电流。(5)触点切换电压和电流:是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小,使用时不能超过此值,否则很容易损坏继电器的触点。【教材图片·考点阐释】命题点电磁铁的磁性要使图中的电磁铁吸住的曲别针数量增加,可以采用的办法有:__________;__________。答案:增大线圈中的电流增多线圈的匝数命题点电磁继电器的原理如图是一种温度自动报警器的原理图,制作____(选填“酒精”“煤油”或“水银”)温度计时插入一段金属丝,当温度达到金属丝下端所指的温度时,电磁铁具有____,将衔铁吸引过来,使电铃发出报警信号。若电磁铁左端为N极,则控制电路中电源的左端为____极。答案:水银磁性负