第3节 电磁铁 电磁继电器-人教版九年级《物理》全一册表格式教学设计

PAGE1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教学目标物理观念了解电磁铁的结构及其在生产生活中的应用，能利用电磁铁的知识解决生活中的实际问题。科学思维经历分析电磁铁、电磁继电器的结构及其工作原理的过程，发展分析推理能力。科学探究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能力。科学态度与责任结合电磁铁在生产生活中的应用，体会物理学的应用价值，关注科学技术对社会发展的影响。教材分析本节主要包括电磁铁、电磁继电器两部分内容。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用的距离，培养学生将知识转化为实际生产力的意识。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。学情分析1.知识储备分析：九年级学生已经具备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，帮助生深入理解这一知识点。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，学生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。教学器材干电池或学生电源，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。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入新课【提问】一根条形磁体，它的周围存在着磁场。这种磁体是一种永磁体。螺线管通电后，也会成为一个磁体。这样的磁体与永磁体相比，有哪些优点？这些优点在实际中有哪些应用？学习新课一、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。（2）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。（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，猜想线圈的形状和匝数可能会影响电磁铁的磁性强弱。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样的关系？【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。【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。（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；比较图乙与图丙可知，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（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。4.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。（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。【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）A．电磁铁周围存在着磁场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【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，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；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；（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______。【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。观察电磁铁，说出其构造与工作原理。思考问题，进行猜想，选择器材。分组制作，通过合作学习完成任务。进行分析论证，归纳出结论。根据实验结论思考电磁铁的优点并回答。思考生活中应用电磁铁的一些实例。做例题1，会分析与电磁铁有关的问题，知道其应用。做例题2，能够归纳出影响电磁铁磁性强弱的因素。学习新课二、电磁继电器【引入】驱动巨大机器的电流可能有几十安、几百安。在工厂里，我们常常看到工人师傅利用按钮来控制机器，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一种开关。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。工作时的电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。（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。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；（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（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。（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R2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】（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。知道电磁继电器的概念。通过观看图片或视频，理解电磁继电器的构造、工作电路与原理。知道电磁继电器的作用。知道电磁继电器的应用实例.尝试分析机械电铃与水位自动报警器原理。做例题3，会综合运用电磁继电器等知识分析实际问题。课堂练习课堂练习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、钴、镍等磁性材料的性质，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（）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钴镍等材质，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；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，磁感线是不存在的，故D错误。故选C。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b端向a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b端向a端移动的过程中，R阻值变大。电源电压一定，根据I=U/R可知，电路中的电流变小，电磁铁的磁性变弱，根据P＝I2R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．天亮时，电磁铁的上端是北极B．天亮时，将R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a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上端，故AD错误；B．天亮时S自动闭合，控制电路为通路状态，将R的滑片P向上滑动，滑动变阻器阻值减小，根据串联电路电阻的特点可知，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B正确；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-18℃。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-18℃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“铃响灯不亮”）；（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-18℃时，控制电路中电流为A。【答案】（1）S；（2）铃响灯不亮；（3）变小，0.03【详解】（1）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=U2/R可得，控制电路消耗的电功率变小。由图乙知，冷库温度为-18℃时，热敏电阻阻值为100Ω，利用欧姆定律可得，此时控制电路中的电流为I=U/R=3V/100Ω=0.03A6.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、B，并设计了甲图所示的电路。（1）实验中是通