2024人教版九年级物理全一册 第二十章教学设计：第3节 电磁铁 电磁继电器

第3节电磁铁电磁继电器（教学设计）

年级九年级学科物理教师

课题第3节电磁铁电磁继电器

了解电磁铁的结构及其在生产生活中的应用，能利用电磁铁的知

物理观念

识解决生活中的实际问题。

经历分析电磁铁、电磁继电器的结构及其工作原理的过程，发展

科学思维

教学分析推理能力。

目标通过制作简易的电磁起重机，培养提出和解决问题、总结归纳的

科学探究

科学探究能力。

科学态度结合电磁铁在生产生活中的应用，体会物理学的应用价值，关注科

与责任学技术对社会发展的影响。

本节主要包括电磁铁、电磁继电器两芾分内容。电磁铁和电磁继电器是实现

自动控制和远距离操控的关键部件，让学生认识它们，能拉近物理知识与实际应

教材用的距离，培养学生将知识转化为实际生产力的意识。

分析本节教学的重点是对电磁铁磁性强弱的认识。教材通过制作简易电磁起重机

的活动，让学生在做中学。难点是电磁继电器的工作原理。教学中应结合实物介

绍电磁继电器的结构和工作原理。

1.知识储备分析：九年级学生已经具各了一定的电磁基础知识，例如电压、

电流、磁场等知识。学生已经对电与磁的关系有了一定的认识，这为学习电磁铁

和电磁继电器打下了基础。然而，电磁铁和电磁继电器的工作原理和应用相对较

为抽象，需要学生具备一定的抽象思维能力和实验探究能力。

2.学习难点分析：对于“影响电磁铁磁性强弱的因素”学生可能难以理解。需

学情分析要通过实验探究和理论讲解相结合的方式，帮助生深入理解这•知识点。电磁继

电器的结构相对复杂，工作原理抽象，学生可能难以理解和掌握。可以通过实物

展示、动画模拟等方式，帮助学生直观理解电磁继电器的工作原理。电磁铁和电

磁继电器的应用，学牛.可能对电磁铁和电磁继电器的应用实例了解不多，难以将

理论知识与实际应用相结合。可以通过展示实际应用案例、引导生讨论等方式，

帮助学生加深对电磁铁和电磁继电器应用的理解。

教学重点对电磁铁磁性强弱的认识。

教学难点电磁继电器的工作原理。

干电池或学生电源，电流表，大铁钉两枚，大钢钉一枚，铝筒一个，漆包线

教学

1m和1.2m各一根，小刀，大头针，开关、滑动变阻器，演示用电磁铁。

器材

多媒体ppt，包含视频《电磁起重机》、《探究影响电磁铁磁性强弱的因素》、《电

磁继电器》等。

教学过程

教师活动学生活动

导△新遽

【提问】一根条形磁体，它的周围存在着磁场。这种磁体是一种水磁体。

思考问攘，进入

螺线管通电后，也会成为一个磁体。

耐。

这样的磁体与永磁体相比，有哪些优点？这曲优点在实际中有哪些应用？

学习新谡二电磁铁

【出示电磁铁并讲解】

1.电磁铁

(1)电磁铁：把导线绕成螺线管，再在螺线管内插入铁芯，当有电流通过

时，它会有较强的磁性。我们把这种磁体叫作电磁铁。

观察电磁铁，

(2)工作T原理：电磁l铁是利用电流的磁T效应来工作的。在螺线管的内部插

说出其构造与

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

工作原理。

大大增强。

(3)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。

(4)电磁起重机：电磁起重机的主要部件之一是电磁铁，电磁铁安装在吊

车上，通电后吸起大量钢铁，移动到另一个位置后切断电流，钢铁被放下。大

型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。

2.制作简易的电磁起重机

【提出问题】电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关？

【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。怎样改变线圈中电流的大小？需要什么器材？

②构成电磁铁的主要部件是线圈，猜想线圈的形状和币数可能会影响电磁思考问题，进

铁的磁性强弱。对于外形相同的线圈，电磁铁磁性的强弱跟线圈的匝数会有怎行猜想，选择

样的关系？器材。

【实验器材】电源、绕有不同线圈匝数的两个电磁铁、电流表、开关、滑

动变阻器、曲别针及导线。

【实验电路】将电源、电磁铁、电流表及滑动变阻器串联起来。

I

I

S

K

【进行实验】（1）闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，改变电路中的电流,

观察“起重机”吊起了多少曲别针。

（2）接着调节滑动变阻器的滑片到某一位置，将外形相同、绕有不同线圈

匝数的两个电磁铁串联在电路中，闭合开关，观察两个“起重机”分别吊起了

多少曲别针。

分组制作，通

过合作学习完

成任务

（3）各组展示自己制作的“起重机”，并说明制作的流程，看看哪个小组

的“起重机”吊起的曲别针多，再提出改进措施，让自制“起重机”能吸引更多

的曲别针。

【分析论证】比较图甲与图乙可知，匝数一定时，通入的电流越大，电磁

铁的磁性越强；比较图乙与图内可知，电流一定时，外形相同的螺线管，匝数

越多，电磁铁的磁性越强。

【实验结论】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。

3.电磁铁的优点进行分析论

（1）可以通过电流的通断来控制其磁性的有无。证，归纳出结

（2）可以通过改变电流的方向来改变其磁极的极性。论。

（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。

4.电磁铁的应用

（I）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。全根据实验结论

自动洗衣机的进水、排水阀门，卫牛.间里感应式冲水器的阀门，也都是由电磁思考电磁铁的

铁控制的。优点并回答。

（2）电磁铁的另•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。

【例题1】图甲是一种磁悬浮地球仪摆件，地球仪内部装有磁铁，底座内部

装有如图乙所示的电磁铁。下列说法正确的是（A）思考生活中应

用电磁铁的一

些实例。

B.地球仪利用异名磁极间相互排斥的原理工作

C.图乙中，利用安培定则可判断电磁铁上端是N极

D.图乙中，将电源正、负极对调后，电磁铁磁极方向不变做例题1，会分

【解析】A.通电导线周围存在磁场，电磁铁就是将通电导线绕成线圈，析与电磁铁有

在线圈内部插入铁芯制成的，所以电磁铁周围也存在磁场，故A正确：关的问题，知

B.磁悬浮地球仪能悬浮在空中，利用了同名磁极相互排斥的原理，故B错道其应用。

误;

C.由安培定则可知，电磁铁上端为S极，故c错误;

D.乙图中，将电源正负极对调后，电流的方向发生了改变，电磁铁磁极

方向随之改变，故D错误。所以选A。

【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；

做例题2,能够

归纳出影响电

磁铁磁性强弱

（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

的因素。

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

【答案】（1）铁钉；（2）更少，电流大小；（3）见解析.

【解析】（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向右移动，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。

学_习_新谍_三一电磁继电器一

【引入】驱动巨大机器的电流可能有几十安、几百安，在工厂里，我们常

常看到T人师傅利川按钮来捽制机器,难道强大的电流就在按钮下面流过？

不，用手直接控制强大的电流或操作高压电路是很危险的。我们能否利用

电磁铁的吸引力来控制高电压、强电流电路的通断呢？

1.电磁继电器概念

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。实质是利用电磁铁来控制工作电路的•种开关。

2.电磁继电器的结构与工作电路

电磁继电器的结构如图所示，它由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等组成。工知道电磁继电

作时的电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。器的概念。

(1)低压控制电路：电磁铁、衔铁、弹簧、低压电源、开关等。

(2)高压工作电路：高压电源、电动机、动、静触点。

3.电磁继电器的工作原理

通过观看图片

闭合低压控制电路中的开关S,电流通过电磁铁产生磁性，把衔铁B吸下

或视频，理解

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。

电磁继电器的

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

构造、工作电

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。

路与原理。

4.电磁继电器的作用

(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。

5.电磁继电器的应用实例知道电磁继电

（1）温度自动报警器：制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，当器的作用。

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。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。

（2）机械电铃：下图是直流电铃的原理图。衔铁B与弹性片A相连，电

知道电磁继电

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

器的应用实例.

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。

（3）水位自动报警器原理：如图所示，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

尝试分析机械

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

电铃与水位自

接通，则绿灯亮。

动报警器原

【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

理。

路如图所示，电源电压恒定，4为定值电阻，修为光敏电阻，其阻值随光照强

度而变化。

控制电路

（1）如图所示，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&的阻值_____,电压表示数（选

填“增大”“减小”或“不变”）。

【答案】（1）电磁继电器，电流的磁效应；（2）断开；（3）减小，减小。

【解析】（I）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

做例题3,会综

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

合运用电磁继

原理工作的。

电器等知识分

（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

析实际问题。

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&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，定值电阻凡两端的电

压增大，电源电压不变，光敏电阻生两端的电压变小，即电压表的示数减小。

1.在实践活动中，同学们用一根导线和一枚铁钉制作了一个如图所示的电磁铁。在

其周围放一些曲别针，通电后对有关现象分析正确的是（）

A.铝制的曲别针会被电磁铁吸引

B.电磁铁两端吸引的曲别针比中间吸引的少

C.改变电流方向，可改变电磁铁的磁场方向

D.减少线圈匝数，电磁铁吸引曲别针数量增加

【答案】C

【详解】A.电磁铁具有吸引铁、钻、银等磁性材料的性质，而铝不是磁性材料，所

以铝制的曲别针不会被电磁铁吸引，故A错误；

B.电磁铁的磁场分布与条形磁体相似，两端磁性最强，中间磁性最弱，所以电磁铁

两端吸引的曲别针比中间多，故B错误；

C.电磁铁的磁场的方向与电流的方向有关，改变电流方向，电磁铁的磁场方向改变,

故c正确；

D.电磁铁的磁性强弱与线圈匝数有关，在电流和铁芯相同的情况下，线圈匝数越多，

磁性越强，吸引曲别针的数量越多，减少线圈匝数，电磁铁磁性减弱，吸引曲别针数量减

少，故D错误。故选C。

2.全自动洗衣机的进水阀门是由电磁铁控制的，其构造示意图如图所示。线圈通电

后产生磁场，对衔铁施加力的作用，使衔铁移动，阀孔打开，水流进洗衣机。下列关于线

圈通电后的分析正确的是（）

wit

A.电磁铁的上端为N极

B.衔铁的材料可能为铜

C.电磁铁的工作原理为电流的磁效应

D.线圈周围不仅产生磁场，同时也产生磁感线

【答案】C

【详解】A.由图可知，电流从电磁铁上端流入，从电磁铁下端流出，由安培定则判

断，电磁铁的下端为N极，故A错误；

B.由于电磁铁能吸引铁钻银等材质，不能吸引铜材质，所以衔铁的材料不可能为铜,

故B错误；

C.当电流通过电磁铁的线圈时，会产生磁场，从而使电磁铁具有磁性，所以电磁铁

的工作原理为电流的磁效应，故c正确；

课D.由于磁场是真实存在的，磁感线是为了研究磁场，人为建立的模型，磁感线是不

堂存在的，故D错误。

练故选C。

习3.如图所示，在电磁铁的正上方用弹簧挂着一根条形磁铁，闭合开关S,待条形磁铁

静止后，再将滑片P从。端向。端移动的过程中，会出现的现象是（）

A.电流表示数变大，灯L变亮，弹簧的长度变长

B.电流表示数变大，灯L变亮，弹簧的长度变短

C.电流表示数变小，灯L变暗，弹簧的长度变长

D.电流表示数变小，灯L变暗，弹簧的长度变短

【答案】C

【详解】滑动变阻器与灯泡串联，电流表测量电路中的电流，将滑片P从/，端向4端

移动的过程中，R阻值变大。电源电压一定，根据/=亦可知，电路中的电流变小，电磁

铁的磁性变弱，根据p=/2/e可知，灯泡的实际功率变小，灯L变暗；根据安培定则可知，

电磁铁的上端为S极，根据同名磁极相排斥，由于斥力变弱，弹簧的长度变长。故C符合

题意，ABD不符合题意。故选C。

4.如图所示是某学校路灯的智能照明电路。S为光敏开关，天暗时S自动断开，天

亮时S自动闭合；R为滑动变阻器。下列说法正确的是（）

A.天痉时，电磁铁的上端是北极

B.天亮时，将A的滑片P向上滑动，电磁铁磁性变强

C.天暗时，衔铁被电磁铁吸引，触点c与。接触

D.天亮时，电磁铁外部磁感线从上端出发回到下端

【答案】B

【详解】AD.天亮时S自动闭合，控制电路为通路状态，由图可知，电流从螺线管

的上端流入，下端流出，由安培定则可知，电磁铁的下端是北极，上端是南极，电磁铁外

部的磁感线是从电磁铁的N极出发，回到S极。所以电磁铁外部磁感线从下端出发回到，

端，故AD错误：

B.天亮时S自动闭合，控制电路为通路状态，将A的滑片P向上滑动，滑动变阻器

阻值减小，根据串联目路电阻的特点可知，电路中的总电阻阻值减小，电流增大，电磁铁

磁性强弱与线圈匝数和电流有关，线圈匝数不变，电流增大，电磁铁磁性变强，故B1E确;

C.天暗时S自动断开，控制电路为断开状态，没有电流经过电磁铁，电磁铁没有磁

性，衔铁不会被电磁铁吸引，故C错误。

故选B。

5.海鲜保存常要求温度低于-18C。小枫为海鲜市场的冷库设计了温度自动报警器，

其原理如图甲所示。控制电路和工作电路的电源电压均为3V保持不变，电磁铁线圈电阻

忽略不计，乙图为热敏电阻R的阻值随温度变化的图像。冷库温度等于或高于-1X°C时，

工作电路报警。

（1）电磁铁线圈下端为极；

（2）工作电路报警时，（选填“灯亮铃不响”或“铃响灯不凫”）：

（3）冷库温度降低时，控制电路消耗的电功率（选填“变大”“不变”或

“变小”），冷库温度为-18C时，控制电路中电流为Ao

【答案】（1）S；（2）铃响灯不亮；（3）变小，0.03

【详解】（I）电流从电磁铁线圈的下端流入，上端流出，根据安培定则可知，电磁铁

线圈下端为S（南）极。

（2）温度升高，热敏电阻阻值变小，控制电路电流变大，衔铁被吸下，工作电路中

铃响灯不亮。

（3）冷库温度降低时，控制电路中热敏电阻阻值变大，根据P=U/R可得，控制电路

消耗的电功率变小。

由图乙知，冷库温度为“8℃时，热敏电阻阻值为I00Q,利用欧姆定律可得，此时控

制电路中的电流为/=U/R=3V/100。=0.03A

6.在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制成简易电磁铁A、3并设

计了甲图所示的电路。

s

（1）实验中是通过电磁铁吸引人头针的多少来判定其磁性强弱的，所使用的物理研

究方法是:

（2）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁A、B吸引大头针的个数（填”增

加”或“减少”），说明电流越_____,电磁铁磁性越强；

（3）根据图示的情境可知，电流一定时，线圈质数多，电磁铁的磁性越_____；

（4）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是。

【答案】转换法增加大强同名磁极相互排斥

【详解】（1）磁性的强弱是无法直接观察的，此题中是利用电磁铁吸引大头针数目的

不同来反映磁性强弱的不同的，这是种转换的方法。

（2）根据图示可知，滑动变阻器滑片向左移动时，变阻器连入电路中的电阻变小，

由欧姆定律/=5及可知，电路中的电流变大，电磁铁A