专题20.3 电磁铁和电磁继电器（原卷版）

第二十章电与磁专题20.3电磁铁和电磁继电器一、学习目标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工作原理，了解电磁继电器在生产生活中的应用。二、课标要求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。知识点1：电磁铁1.在通电螺线管里面加上一根铁芯，就成了一个电磁铁。2.影响电磁铁磁性强弱的因素：(1)电流的强弱；(2)线圈匝数的多少；(3)有无铁芯．3.工作原理是利用了电流的磁效应．4.电磁铁的优点：①磁场的强弱，可以通过电流的大小、线圈的匝数来控制；②磁场的方向，可以通过电流的方向来控制；③磁场的有无，可以通过开关的通断来控制。5：电磁铁的应用——电磁继电器①首先要分清控制电路和工作电路；②分析步骤：分析当电磁铁无磁性时，观察衔铁上的动触点与哪个静触点连接，进而明确工作电路的初始工作状态；然后再分析当电磁铁有磁性时，观察衔铁上的动触点又与哪个静触点连接，进而明确工作电路的末工作状态；对于“报警器”类工作电路，务必明确控制电路通电或断电的控制方法，明确电磁铁磁性的有无。注意：探究影响电磁铁的磁性强弱的因素试题解法技巧①首先从已有知识写出影响电磁铁磁性的因素：电流的大小与线圈的匝数；②根据影响因素选择合理的器材，明确显示电磁铁磁性强弱的方法，然后利用控制变量法设计实验方案；③最后根据实验现象得出结论。注意：实验结论要强调”在xxxx相同时”前提条件.知识点2：电磁继电器1.电磁继电器：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、强电流电路的装置。实质上它就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。2.电磁继电器的工作原理：通过控制电磁铁的电流，来达到控制工作电路的目的。因此，一般的继电器电路由（低压）控制电路和（高压）工作电路两部分组成。3.电磁继电器构造：电磁继电器由电磁铁、衔铁、簧片、触点组成。4.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。【例题1】小明设计了一款“智能照明灯”，其电路的原理图如图所示，光线较暗时灯泡自动发光，光线较亮时灯泡自动熄灭，控制电路中，电源电压恒定，R0为定值电阻，R为光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小。以下说法正确的是（）A．电磁铁的上端为S极 B．当光照强度增强，控制电路的电流变小 C．当光照强度减弱，电磁铁的磁性增强 D．灯泡应设计在A和B两接线柱之间【答案】D【解析】A、由图可知，根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极，故A错误；B、当光照强度增强，光敏电阻的阻值减小，总电阻减小，根据欧姆定律可知，控制电路的电流变大，故B错误；C、当光照强度减弱时，光敏电阻的阻值变大，总电阻变大，根据欧姆定律可知，控制电路的电流变小，电磁铁磁性大小与电流大小、线圈匝数有关，电流减小，则磁性变弱，故C错误；D、光线较暗时，光敏电阻的阻值大，则控制电路中的电流小，电磁铁的磁性弱，衔铁在弹簧的作用下被拉起，灯泡自动发光，说明灯泡在A和B两接线柱之间，故D正确。【例题2】如图所示，小明用漆包线、两节干电池、磁铁等器材，成功制作了一个小小电动机。他想改变电动机线圈转动的方向，下列方法可行的是（）A．只增强磁铁的磁性；B．只增加线圈的匝数；C．只增大线圈中的电流；D．只将磁铁的磁极对调【答案】D【解析】A、只增强磁铁的磁性可以增加电动机的转动速度，不能改变转动方向，故A错误。B、只增加线圈的匝数可以增加电动机的转动速度，不能改变转动方向，故B错误。C、只增大线圈中的电流可以增加电动机的转动速度，不能改变转动方向，故C错误。D、只将磁铁的磁极对调，改变了磁场方向，改变了转动方向，故D正确。故选：D。【例题3】如图所示的电路中，当开关S拨到a后，电磁铁左端为______极，小磁针静止时，B端是______极；当开关S由a拨到b，调节滑动变阻器，使电流表的示数仍保持不变，则电磁铁的磁性______（选填“增强”、“不变”或“减弱”）。【答案】(1)N；(2)S；(3)减弱。【解析】从图可知，当开关S拨到a时，电流从螺线管的右端流入，左端流出，根据安培定则可知，螺线管左端是N极，右端是S极。由磁极间的相互作用可知，小磁针静止时B端为N极。在此实验装置中，保持电流不变，将开关S由a换到b，则减少了线圈的匝数，因此通电螺线管的磁性减弱。【例题4】如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．一、选择题1．如图为电磁铁的线路图．开关S闭合后，滑动变阻器的滑片P向右滑动过程中（）A．电磁铁的右端为S极，磁性增强。B．电磁铁的右端为S极，磁性减弱。C．电磁铁的右端为N极，磁性增强。D．电磁铁的右端为N极，磁性减弱。【答案】D．【解析】由图可知，电流从螺旋管的左端流入、右端流出，用右手握住螺旋管，四指指向电流的方向，则大拇指指向右端，所以右端是N极，故AB错误；滑动变阻器的滑片P向右滑动过程中，接入电路中的电阻变大，电路中的总电阻变大，由I=U/R可知，电路中的电流变小，通过电磁铁的电流变小，则在螺旋管的匝数一定时，电磁铁的磁性减弱，故C错误、D正确．2.如图所示，闭合电磁铁开关S，条形磁铁静止在水平桌面上。下列判断正确的是（）A．条形磁铁受到电磁铁对其向左的作用力；B．条形磁铁受到桌面对其向左的摩擦力；C．将滑动变阻器的滑片向右移动，条形磁铁受到的摩擦力不变；D．若只改变电源的正负极，条形磁铁受到的摩擦力变大【答案】A【解析】A．由安培定则得，右手握住螺线管，四指指向电流的方向，大拇指指向电磁铁右端为N极，左侧为S极，同名磁极相互排斥，所以条形磁铁受到电磁铁对其向左的作用力，故A正确；B．条形磁铁处于静止状态，水平方向上受到平衡力的作用，水平向左的排斥力和桌面对条形磁铁的水平向右的摩擦力为一对平衡力，故B错误；C．将滑动变阻器的滑片向右移动，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，电磁铁的磁性变弱，排斥力变小，摩擦力和排斥力是一对平衡力，大小相等，所以摩擦力变小，故C错误；D．若只改变电源的正负极，电流的方向改变，大小不变，则电磁铁的磁性不变，条形磁体受到电磁铁的吸引力大小等于原来的排斥力大小，此时吸引力与摩擦力是一对平衡力，大小相等，则摩擦力不变，故D错误。故选A。3．如图所示是一种温度自动报警器的原理图。制作水银温度计时，在玻璃管的两端分别封入一段金属丝。电池的两极分别与金属丝相连，当温度达到与电池正极相连的金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。下列说法正确的是（）A．温度计中的水银是绝缘体 B．电铃响时，电磁铁右端是N极 C．温度降低到74℃以下，电铃响 D．电铃响且滑片P向左移动时，电磁铁磁性减弱【答案】B【解析】A、水银容易导电，是导体，故A错误；B、电铃响时，电流从螺线管的左端流入，根据安培定则可知，电磁铁右端是N极，故B正确；C、当温度升高到74℃以上时，水银与金属丝接触，电磁铁的电路中有电流，电磁铁具有磁性，会吸引衔铁，电铃中有电流通过，电铃响，故C错误；D、电铃响且滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电流变大，电磁铁磁性变强，故D错误。4.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。5．如图所示，在电磁铁上方用弹簧悬挂一根条形磁铁，闭合开关将变阻器的滑片P从右向左滑动的过程中，弹簧将（）A．先伸长后缩短 B．逐渐伸长 C．静止不动 D．逐渐缩短【答案】D【解析】闭合开关S以后，运用右手螺旋定则判断通电螺线管上端是N极，它和条形磁铁的下端S极为异名磁极，相互吸引；当从右向左滑动的过程中，滑动变阻器连入电路的阻值变大，电路中总电阻变大，由I＝可知通过螺线管的电流变小，因而通电螺线管的磁性减弱，它和条形磁铁S极之间的吸引力减小，弹簧会变短。二、填空题1．如图所示，闭合开关S，烧杯中水面上浮着一个空心小铁球，将盛水的容器放在电磁铁上方，此时电磁铁A端为极，将滑片P向右滑动，空心小铁球将。（填“上浮”“下沉”“静止”）【答案】S；上浮。【解析】①电流由A流向B，则由右手螺旋定则可知螺线管B端为N极，则A端为S极（南极）；②当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电阻增大，则由欧姆定律可知电路中电流减小，则螺线管中的磁性减弱，故小铁球所受磁力减小，使得铁球上浮一些，排开水的体积变小，而且由有阿基米德原理可知受到的浮力将减小。2．如图所示，开关闭合，滑动变阻器的滑片位于A端，小铁片被竖直吸在电磁铁的左侧。若将滑片从A端移动到中点，则铁片受到电磁铁的吸引力将，铁片受到的摩擦力将。（均选填“变大”、“不变”或“变小”）【答案】变大；不变【解析】如图所示，将滑片从A端移动到中点，接入电路中的电阻变小，由欧姆定律可知，电路中电流变大，螺线管磁性变弱，铁片受到的吸引力变大；铁片处于静止状态，受到竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力的作用，这两个力是一对平衡力，大小相等，所以摩擦力不变。3.如图所示是一个水位自动报警器的原理图。水位到达金属块A之后，（选填“红”或“绿”）灯亮；当绿灯亮时电磁铁（选填“有”或“无”）磁性。【答案】红；无。解析：由题意可知，这一水位自动报警器的基本结构是一个电磁继电器，根据电磁继电器的基本工作原理，结合在此处的运用可描述其原理。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，电磁铁具有磁性，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；当绿灯亮时，衔铁与绿灯的触点接触，说明电磁铁无磁性。4.如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．5.电磁继电器是利用控制电路通断的开关，它的工作原理是：通过直接控制“控制电路”的通断，间接控制“电路”的通断。【答案】电磁铁；高压。解析：电磁继电器主要是利用电磁铁控制工作电路通断的开关，通过开关控制电磁铁电流的通断，使电磁铁有无磁性，从而控制被控电路的通断，实现远距离操作和自动控制等功能，它可以用低压电源控制高压电源，弱电流控制强电流等。6.如图是研究电磁铁磁性的电路图，则电磁铁的S极为（选填“A”或“B”）端。当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电磁铁的磁性变（选填“强”或“弱”）。【答案】B；弱。【解析】（1）由图看出，电流从电磁铁下端流入，依据安培定则，四指顺着电流方向，大拇指应向上握住电磁铁，所以上端为N极，B端的磁极为S极。（2）滑动变阻器的滑片P向右移动时，连入电路的电阻变大，电路中的电流变小，电磁铁的磁性减弱。三、简答题1.如图所示，是一种安全门锁的工作原理示意图．保安室里的工作人员通过开关即可控制安全门锁的开、闭．请你根据示意图，分析安全门锁的工作原理．【答案】见解析。【解析】闭合开关后，电磁铁中有电流通过，电磁铁具有磁性，能吸引铁质插销使门锁打开，并且弹簧被拉长；断开开关后，电磁铁中无电流通过，电磁铁会失去磁性，铁质插销会在弹簧弹力的作用下插入插槽，门锁关闭．四、实验探究题1.如图所示，在“探究电磁铁磁性强弱与电流大小关系”的实验中，某同学用绝缘细线将电磁铁M悬挂在铁架台上，并保持它与软铁块P的距离不变。（1）以下是他的部分实验步骤：①断开开关S，按图组装实验电路，将滑动变阻器的滑片置于最（选填“左”或“右”）端。用已调零的电子测力计测出软铁块P对测力计的压力F0并记录在表格中；②闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片到适当位置，读出电流表的示数I和电子测力计的示数F，并将1、F的数据记录在表格中；③仿照步骤②再进行两次实验。实验次数123I/A0.340.400.44F0/NF/N0.840.820.81（2）由表中数据可以得出的实验结论是：对于同一电磁铁，。（3）闭合开关S后，电磁铁下端的磁极为________（选填“N”或“S”）极。（4）本实验中，滑动变阻器除了保护电路的作用外，还起到________的作用。【答案】（1）右；（2）通过线圈的电流越大，电磁铁的磁性越强；（3）S；（4）改变电路中电流大小。【解析】（1）①连接电路时，开关要断开，闭合开关前，滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置，由图右可知，滑动变阻器连入电路的下面接线柱在左侧，因此，闭合开关前，滑动变阻器的滑片置于最右端；（2）由表中数据可知，电磁铁的线圈匝数不变，只改变了电路中电流大小，且电流增大时，电子测力计示数的变化量F增大（即电磁铁对软铁块的吸引力增大），所以可得出结论：通过电磁铁线圈的电流越大，电磁铁的磁性越强；（3）导线绕成线圈即可组成电磁铁；根据电源的正负极，判断出电磁铁中电流的方向是从左向右的，由安培定则可判出电磁铁的上端为N极，下端为S极；（4）本实验中，滑动变阻器除了保护电路的作用外，还起到改变电路中电流大小的作用。2．如图所示，A、B两个相同的铁钉上绕有不同匝数的线圈，把它们接入电路中。（1）闭合开关，铁钉下端都吸引了大头针，这是因为线圈通电时，铁钉具有磁性，由安培定则可知：A的上端为它的（填“N”或“S”）极；（2）B铁钉能吸引更多的大头针，这是因为绕在它上面的线圈匝数较多，而线圈中的电流（填“大于”、“等于”或“小于”）绕在A铁钉上的线圈中的电流；（3）不改变线圈匝数，要想铁钉能吸引更多的大头针，可以将滑片P向（填“左”或“右”）移。【答案】（1）N；（2）等于；（3）左【解析】（1）根据安培定则，用右手握住A铁钉，四指指向电流的方向，大拇指指向A铁钉的上端为N极；（2）A、B两个相同的铁钉上绕有不同匝数的线圈，串联在电路中，串联电路中电流处处相等；故B铁钉的线圈中的电流等于绕在A铁钉上的线圈中的电流；（3）当滑片向左移动时，滑动变阻器的阻值减小，电路中的电流变大，两电磁铁的磁性增强，吸引大头针的个数增加。3.为了探究“电磁铁的磁性强弱与哪些因素”有关，做了以下几次实验，实验现象如图所示。根据图示现象回答下列问题：（1）通过观察图甲中A与B两个电磁铁，当通过线圈的电流相同时、有无铁芯相同时，电磁铁线圈的匝数越多，它的磁性就越_____。（2）通过观察图甲中B与C两个电磁铁，当通过线圈的电流相同时、线圈的匝数相同时，_____铁芯的电磁铁，它的磁性就越强。（选填“有”或“无”）（3）通过观察图乙与丙，当线圈的匝数相同、有无铁芯相同时，电磁铁的电流越_____，它的磁性就越强。（4）结论：影响电磁铁磁性强弱的因素有_____．【答案】（1）强（2）有（3）大（4）通过电磁铁的电流大小、线圈的匝数、有无铁芯【解析】（1）图甲中A、B两电磁铁，通过线圈的电流相同时、有无铁芯相同时，线圈的匝数越多，吸引大头针数目越多，表明它的磁性就越强．

（2）图甲中B、C两电磁铁，通过线圈的电流相同时、线圈匝数相同时，有铁芯的电磁铁吸引大头针数目越多，表明它的磁性就越强．

（3）线圈的匝数相同、有无铁芯相同，图丙中滑动变阻器连入电路的电阻变短，电阻变小，电路中电流增大，电磁铁吸引大头针增多，电磁铁的磁性增强．说明通过电磁铁的电流越大，它的磁性就越强．

（4）结论：影响电磁铁磁性强弱的因素有通过电磁铁的电流大小、线圈的匝数、有无铁芯

五、综合能力题1．如图所示为一恒温箱温控电路，包括工作电路和控制电路两部分。R为热敏电阻（置于恒温箱内），阻值随温度变化的关系如图所示。恒温箱温控电路工作原理是：加热过程中，恒温箱温度升高到一定值时，控制电路中电流会达到一定值，继电器的衔铁被吸合，工作电路停止加热。（1）图中所示状态，电路处于加热还是未加热?（2）恒温箱的温度为100℃时，继电器线圈中的电流达到20mA，衔铁被吸合，此时热敏电阻R消耗的功率是多少?（3）电阻R′有什么作用?【答案】（1）加热（2）热敏电阻R消耗的功率是0.02W（3）一是保护电路，二是调节温控箱的控制温度。【解析】(1)图示中的状态，电热丝被接在了220V的电路两端，故电路处于加热状态中；由热敏电阻与温度关系得出，温度为100℃时的温度值，再由电流的大小即可计算它消耗的电功率；（3）由于R′是滑动变阻器，故它在电路中的作用是保护电路和调节温控箱的控制温度。2.智能自动化管理是未来社会的发展趋势，如图甲所示为某工作室的自动化光控电路图，其中光敏电阻R的阻值随照度变化的关系如图乙所示（照度表示物体被照明的程度，单位是Ix）。请你回答下列问题：（1）电磁继电器是利用电流效应工作的，当光照强度增强时，光敏电阻将，控制电路中的电流将（选填“变大”“变小”或“不变”）。长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若相同的情况下接通电路，则光照强度。（选填“增强”“减弱”或“不变”）。（2）当开关S闭合时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时，警示灯L亮，已知控制电路的电源电压为22V，电磁继电器的线圈电阻为10Ω，此时控制电路中的电流是多大？（3）若使电流达到0.2A时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时警示灯L亮，试通过计算说明怎样改装控制电路。（注：可以添加必要的元件）【答案】（1）磁；变小；变大；增强；（2）此时控制电路中的电流是0.44A；（3）可以在控制电路中串联接入一个60Ω的电阻。【解析】（1）电磁继电器是利用电流磁效应工作的，当光照强度增强时，由图乙知，光敏电阻将变小，根据电阻的串联，总电阻变小，由欧姆定律可知，控制电路中的电流将变大；长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若在相同的情况下接通电路，需要增大电流，由欧姆定律可知，要减小光敏电阻的阻值，由图乙知，则光照强度增强；（2）当照度等于0.4Lx时，由图知，光敏电阻的阻值R＝40Ω，根据欧姆定律和电阻的串联可得，此时控制电路中的电流为：I＝＝