第3节 电磁铁 电磁继电器

第1课时电磁铁【教学目标】1.了解什么是电磁铁，知道电磁铁的特性和工作原理.2.了解影响电磁铁磁性强弱的因素.3.经历探究电磁铁的过程，体会控制变量的方法.4.了解电磁继电器的结构和工作原理.5.通过阅读说明书和观察电磁继电器，知道如何使用电磁继电器，提高学生的观察、分析及操作能力.6.通过认识电磁铁、电磁继电器的实际应用，引导学生在头脑中使理论知识和生产实际建立联系，提高学习物理知识的兴趣.【教学重点】1.探究影响电磁铁磁性的因素.2.了解电磁继电器的结构和工作原理.【教学难点】1.如何引导学生自主探究电磁铁磁性与影响因素的关系.2.电磁继电器的工作原理.【教具准备】电源，螺线管，小磁针，铁棒，大铁钉，导线，曲别针，滑动变阻器，电流表，开关，导线，电磁继电器、挂图、多媒体课件等.【教学课时】1.5课时【巩固复习】教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.【新课引入】师上一节课，我们做实验时，通电螺线管磁场的磁性比较弱，同学们，你们有什么办法使它的磁性变强呢？生:增大电流;螺线管绕密些;给螺线管中间加入铁芯.师请同学们观察下面的实验.演示实验:先将小磁针放在螺线管的两端，通电后观察小磁针偏转的程度，再将铁棒插入螺线管，通电后观察小磁针偏转的程度.生:插入铁芯的通电螺线管磁性明显增强.师这种加了铁芯的通电螺线管就叫电磁铁，这就是今天要学习的内容.（板书课题）【进行新课】知识点1电磁铁1.电磁铁师我们把插有铁芯的螺线管叫电磁铁.这种磁体，在有电流通过时有磁性，没有电流时就失去磁性.为什么插入铁芯后，通电螺线管的磁性会增强呢？原理:铁芯插入通电螺线管，铁芯被磁化，也要产生磁场，于是通电螺线管的周围既有电流产生的磁场，又有磁铁产生的磁场，因而磁场大大增强了.用多媒体播放文件:生活及生产中电磁铁的应用实例.师从视频中可以看出电磁铁在生活中的用途很广泛.请大家阅读课本，列举一下电磁铁在生产生活中有哪些应用？生：电磁起重机，电动机，发电机，进水、排水阀门，感应式冲水器的阀门，磁悬浮列车，电磁继电器等.2.电磁铁磁性强弱的影响因素师既然电磁铁的磁性相对来说比较强，那么，你认为是哪些因素决定了它的磁性强弱呢？学生进行猜想．对学生的猜想进行归纳，最后可以得到：电流的大小、匝数、铁芯可能会影响电磁铁的磁性强弱.师我们怎样验证自己的猜想呢？生:通过实验.师在实验时磁场的强弱怎么判定？生:大头针.(提醒生:有这么多变量都可能影响电磁铁磁性的强弱，那么我们采用什么方法进行探索？在探究过程中要注意什么？）师由于受器材的限制，先来探究电流和匝数这两个变量对电磁铁磁性的影响.将学生按座位分为A、B两个大组，分别分配任务进行探究实验.引导学生制定计划与设计实验，并提出设计要求.教师用多媒体播放文件“制定计划与设计实验”为例子，并讲解.教师鼓励学生大胆说出自己的设计方案，并对学生实验方案进行优化.教师指导学生按设计方案的需求，领取实验器材.引导学生发现器材中缺少电磁铁，并提出以小组为单位，按探究目的绕制一个电磁铁，时间为3分钟.课件展示：电磁铁的绕制方法（慢放）.教师充分调动每位同学积极参与，要求学生按设计方案进行实验，并巡回指导学生进行实验，指出学生实验过程中存在的问题及不规范的操作，使学生实验顺利进行.(提示：学生对制作的电磁铁的性能进行测试后方可连入电路.)指示首先完成实验的小组将实验数据填入教师设计的表格中（粘贴在黑板上）.待大部分学生完成实验后，引导学生对实验所得数据仔细思考，分析并表述发现的规律.引导学生准确、科学、规范地表述自己的观点.板书：电磁铁磁性的强弱与线圈中电流的大小和线圈的匝数有关.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，匝数越多，电磁铁的磁性越强.实验完毕，引导学生对所完成的实验进行评估：（1）操作中有没有什么失误？（2）测量结果如果不准确，原因是什么？学生讨论、交流.师拿出条形磁铁，请同学们说出电磁铁与永磁体相比有哪些优越的地方.生:①电磁铁磁性有无，可用通断电来控制；②电磁铁磁性强弱，可用电流强弱和匝数多少来控制;③电磁铁的极性变换，可用电流的方向和线圈的绕法来实现.师你能制作一个简易的电磁起重机吗？教师引导学生做教材P158想想议议：制作简易的电磁起重机师怎么改变线圈中电流的大小？需要什么器材？生需要滑动变阻器，移动滑片可以调节线圈中电流的大小.师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？生匝数越大，磁性越强.教师引导学生对“起重机”进行改进，使其能吸引更多的曲别针.师电磁铁有哪些优点？学生自主阅读教材P158，进行回答.教师总结：它的磁性的有无可由通断电来控制，磁性的强弱可由电流的大小来控制，它的磁极可以通过改变电流方向来改变.知识点2电磁继电器师请同学们通过屏幕看一个这样的现象：用多媒体播放动画展示人直接操作高压电路开关，发生了危险，以警示人们不要直接操作高压电路;再放录像，工厂里有很多机器都是由强电流驱动的，可工人师傅利用按钮来控制机器.这是为什么？难道工人师傅不怕危险？其实工人师傅按下的只是继电器的开关，这节课我们就来学习有关电磁继电器的知识，你们想了解它吗？想知道什么？（板书课题）教师出示实物的电磁继电器，并让学生对照电磁继电器的构造图进行观察.提出问题：(1)什么是继电器？(2)电磁继电器的实质是什么？(3)电磁继电器的结构是什么？(4)电磁继电器的原理是什么？(5)电磁继电器的应用是什么？教师请学生结合教材P159的内容，自己看书了解一会儿找同学回答这些问题.生1: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.生2:电磁继电器实质是由电磁铁控制的开关.生3:电磁继电器的结构由电磁铁、衔铁、弹簧、触点（静触点、动触点）组成.生4:电磁继电器电路由低压控制电路和高压工作电路两部分组成.生5:控制电路由电磁铁、低压电源和开关组成.生6:工作电路由机器（电动机或电灯）高压电源和电磁继电器的触点部分组成.生7:电磁继电器的工作原理：当较低的电压加在接线柱D、E两端，较小的电流通过线圈时，电磁铁把衔铁吸下，使B、C两个接线柱所连的触点接通，较大的电流就可以通过B、C带动机器工作了.工人师傅所按的按钮只控制电磁铁电流的通断，而高电压、强电流电路的通断则由B、C两个接线柱所连的触点控制，这样人们就可以安全、方便地操纵大型机械了.生8:断电时，电磁铁失去磁性，弹簧把衔铁弹起，切断工作电路，A、B电路接通.教师展示电磁继电器的挂图，根据实物和投影对刚才同学们提出的问题进行归纳总结讲解并板书.例课本P160练习与应用第2题.让学生看题意，然后尝试回答问题，锻炼学生的口头表达能力.出示范例:当水面上升到A时，电磁铁有电流通过，电磁铁产生了磁场，吸引其上的衔铁，使触点向下运动，绿灯熄灭，红灯发光.师大家通过对挂图和实物的观察及投影的讲解和讨论，对电磁继电器有了初步的了解.我们阅读电磁继电器说明书，看看又能获得哪些信息.1.阅读电磁继电器的说明书.明确“线圈额定电压、额定工作电流、工作电路电压”的含义是什么？“线圈额定电压直流6V”表示控制电路正常工作时，D、E两端接直流6V的电压;“被控制电压220V、电流1A”表示工作电路电压是220V，电路中电流是1A.2.观察电磁继电器，并尝试拨动触点，看其与谁是接触的，与谁是断开的.3.使用电磁继电器.学生实验:看清各触点的位置后，讨论哪两个接线柱是接控制电路的，哪些接线柱是控制工作电路的.连接电路，控制电路与工作电路分开，工作电路中连接一个小灯泡，看是否能通过电磁继电器控制小灯泡的亮灭.教师用多媒体播放例3，并给学生讲解.例2张华同学在学习了电磁继电器的知识后，想把房间窗帘改成自动开启、闭合的，他设想白天房内要透光，也要防止太阳光照进房内，因此要用薄纱型的窗帘；傍晚太阳下山后，窗帘要换成厚绒的.请你帮他设计电路、选购器材并连好线路.解析:要实现自动控制，我们可以选择电磁继电器.又因为需要光控制，所以还需选用光敏控制器.当光线强烈时，光敏元件相当于一个闭合开关；当光线变弱，到傍晚时，光敏元件相当于一个断开的开关，所以需要有两个静触头，傍晚时与控制厚绒窗帘的触点接触，白天时与另一个触点接触，来完成自动控制.答案:选购器材有：光敏控制元件一只、电源、电磁继电器、电动机两个、导线、连接电路如图所示.【教师结束语】这节课我们学习了电磁铁的有关知识，了解到影响电磁铁磁性大小的因素，知道插有铁芯的螺线管就是电磁铁，它的磁场强弱与电流大小、线圈匝数有关，电流越大，线圈匝数越多，则电磁铁的磁场就越强.所以电磁铁比永久性磁铁有无可比拟的优势，它的磁性有无可以由通电的有无来控制，它的磁性强弱可以由电流的大小来控制，它的磁极可以由电流的方向来控制，这大大地方便了人们对不同磁性的需求.这节课我们学习了电磁继电器的工作原理及其在日常生活中产生的应用.电磁继电器的核心部件是电磁铁，它的电流通断引起其磁性的有无,而磁性的有无又直接对衔铁的吸引产生作用，使之能对另外的一个电路起到控制作用.课后作业完成本课时的习题.1.本节课课堂教学以学生的探究为主，教师只是课堂活动的组织者和参与者，充分发挥学生的主体地位,体现了新课标的精神.2.考虑到探究实验课的弊端：即拖沓，冗长，学生注意力不容易集中等因素，采取在一定的探究环节中规定时间的办法，刺激学生的好胜心，使他们最大限度地利用时间，提高课堂效率.3.在评估交流中，给学生提供一定的空白时间，让学生充分讨论、自由交流，生生对话、师生对话时有出现.4.在分析有关电磁继电器的工作电路时，要抓住它的实质是一个由电磁铁控制的开关，它有两个电路，一个是电磁铁所在的控制电路;一个是动、静触点所在的工作电路.表述时语言要有条理、规范.5.这是一节应用课，电磁继电器的原理容易理解，但是它的应用很多，尤其是作图题和问答题讲解起来有点困难，可结合挂图和视频资源讲解.知能演练提升能力提升1.下列功能中,电磁继电器不能完成的是()A.控制工作电路中电流的连续变化B.控制工作电路中电流的有无C.利用低电压、弱电流控制高电压、强电流D.远距离自动控制与操作2.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3.如图所示,闭合开关,将滑动变阻器的滑片P向右移动时,弹簧测力计的示数变小。则下列分析正确的是()A.电磁铁的上端为S极B.电源左端为“+”极C.断开开关,弹簧测力计示数为零D.若滑动变阻器的滑片P不动,抽去电磁铁铁芯,弹簧测力计示数增大4.下图可以说明巨磁电阻的特性。闭合开关S1、S2并使滑片P向左移动,观察到指示灯变亮,那么()A.电磁铁左端为S极B.巨磁电阻两端的电压变大C.巨磁电阻阻值随磁场增强而变大D.巨磁电阻阻值随磁场增强而变小5.消防应急灯在没有停电时,灯是熄灭的;停电时,标有“36V”字样的两盏灯就会正常发光。如图所示的电路中符合要求的是()6.下图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。

7.探究影响电磁铁磁性强弱的因素的实验中,小明用电池(电压一定)、滑动变阻器、数量较多的大头针、铁钉以及较长导线为主要器材,进行如图所示的简易实验。(1)他将导线绕在铁钉上制成简易电磁铁,并巧妙地通过来显示电磁铁磁性的强弱,下面的实验也用这种方法的是。(填写字母)

A.认识电压时,我们可以用水压来类比B.用光线来描述光通过的路径C.把敲响的音叉接触水面,看有没有溅起水花,来判断音叉有没有振动(2)连接好电路,使滑动变阻器连入电路的阻值较大,闭合开关,观察到如图甲所示的情景。接着,移动滑动变阻器滑片,使其连入电路的阻值变小,观察到如图乙所示的情景,比较图甲和图乙,可知图中的电流较小,从而发现,通过电磁铁的电流越(选填“大”或“小”),磁性越强。

★8.某种拍摄机动车闯红灯的装置的工作原理示意图如图所示。当红灯亮时,控制电路中的自动开关才接通,此时当汽车(相当于一个大铁块)通过停止线附近区域的埋在地下的感应线圈时,感应线圈磁场就发生很大变化,使埋在地下的感应电源产生足够大的感应电压。摄像系统在电路接通时可自动拍摄违规车辆。(1)当绿灯亮时,摄像系统能否工作?。理由是________________________________________________。

(2)埋在地下的感应电源正、负极变化是否影响摄像系统工作?。

探究创新★9.为保证桥梁以及过桥车辆的安全,工作人员在某桥梁的入口处安装了“超载检测报警系统”。检测时,当车辆所受重力小于105N时,绿灯亮、红灯灭,表示可以通行;当车辆重力大于等于105N时,红灯亮、绿灯灭,表示禁止通行。系统中的电路元件如图甲所示,其中压力传感器Rx在检测时承受车辆的全部重力,它的阻值随所受压力F变化的图像如图乙所示;R0为定值电阻;电磁继电器线圈的阻值为10Ω。当流过线圈的电流大于等于30mA时,通电线圈的作用效果大于弹簧的作用效果,衔铁被吸下,动触点P和静触点M断开并和静触点N接通;电池组的电压为6V;绿灯、红灯的正常工作电压均为220V。(1)请在图甲中用笔画线代替导线完成电路连接。(2)定值电阻R0的阻值为Ω。

知能演练·提升1.A电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路通断的开关,通过它可以实现弱电流控制强电流、低电压控制高电压、远距离控制和自动控制。故选A。2.A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,符合题意;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,不符合题意;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,所以A的磁性强于B的磁性,故C正确,不符合题意;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,不符合题意。3.D滑片P向右移动时,电阻变小,电流变大,电磁铁磁性变强;而条形磁体下端为N极,且测力计示数变小,由磁极间的相互作用规律,同名相斥异名相吸判定电磁铁上端为N极,故A选项错误;电磁铁上端为N极,由安培定则可知,电流由电磁铁下端流入,电源右端为“+”极,B选项错误;断开开关,电路中无电流,电磁铁无磁性,磁体本身有重力,此时测力计示数等于磁体重力,C选项错误;抽去铁芯,磁性变弱,对磁体的排斥力变小,测力计示数变大,D选项正确。4.D由安培定则知,电磁铁左端为N极。指示灯变亮说明巨磁电阻的阻值变小,其两端电压也变小。滑动变阻器的滑片向左移动时,滑动变阻器的阻值减小,由欧姆定律可知,线圈中的电流增大,则电磁铁的磁场增强。故选D。5.C由题图A知,没有停电时(即220V的电路接通),电磁铁有磁性,吸引衔铁,使下面的一只灯泡发光,不合题意。由题图B知,右侧电路的电源电压为36V,而两盏灯的额定电压均为36V,要使外部电路停电时,两盏灯都能正常发光,则两盏灯应并联,而图中两盏灯串联,不能正常发光,不合题意。由题图C知,没有停电时,电磁铁有磁性,吸引衔铁,上面的两只灯泡都不发光(即熄灭);停电时,衔铁被弹簧拉起,上面两只并联的灯泡可以在36V的电压下正常发光,符合题意。由题图D知,没有停电时,电磁铁有磁性,吸引衔铁,下面的两只灯泡都发光;而停电时,衔铁被弹簧拉起,两只灯泡都不发光,不合题意。6.解析当水位没有达到金属块A时,控制电路断开,电磁铁失去磁性,弹簧