人教版第二十章 电与磁第3节 电磁铁 电磁继电器优质课件ppt

这是一份人教版第二十章 电与磁第3节 电磁铁 电磁继电器优质课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了教学重点，教学难点，电磁铁的磁性，①通电螺线管的磁场，条形磁体，电流方向，电磁铁，电磁继电器，电磁继电器的应用，课堂总结等内容，欢迎下载使用。

电磁继电器的工作原理及其应用。
通电螺线管外部的磁场和_____________的磁场一样，它的两端相当于条形磁体的两个磁极。 通电螺线管两端的极性与其中的___________有关。
磁体分为永磁体和电磁铁两类，都是重要的电磁元件。 什么是电磁铁？电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关？电磁铁又有哪些优越性？有什么重要的应用？
学完有关电磁铁的知识，你就明白了。
在生活中我们经常看到一些大型机器在工作，而它们的电流可达几十、上百安，直接来控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？利用电磁铁制成的电磁继电器，可以完成这一任务。
这节课我们就学习有关电磁铁、电磁继电器的知识。
在通电螺线管中插入不同材料的金属棒，观察比较通电螺线管的磁性强弱与插入金属棒的材料的关系？
铁棒 铜棒 铝棒
将一个螺线管接入电路后，分别在螺线管中插入铁棒、铜棒和铝棒，通电后比较螺线管吸起大头针的多少，得出通电螺线管的磁性强弱与插入金属棒的材料的关系。
实验中，只有插入铁棒的通电螺线管吸起了较多的大头针。
下图就是在线圈中插入铁磁材料（叫铁芯）电磁起重机。
带有铁芯的通电螺线管称为电磁铁，如图。
2.有电流通过时有磁性，没电流时失去磁性。磁性的有无由电流的通、断控制。
1.电磁铁的符号如图。
当通电螺线管插入铁芯后，由于铁芯被磁化，产生了与原螺线管磁场方向一致的磁场，因而它的磁性比原来强得多。电磁铁就是利用电流的磁效应工作的。
1.与通电螺线管的磁极相同； 2.当电流方向改变时，磁极也发生改变。
电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关呢？
应用电流磁效应，应该与电流大小有关。
线圈是主要部件，应该与线圈的形状、匝数有关。
磁性强弱可能跟：①电流的大小有关； ②线圈的匝数有关。
探究影响电磁铁磁性强弱的因素
3.判断磁性强弱方法：根据吸引铁钉、曲别针等的多少来判断电磁铁的磁性强弱。
1.控制电磁铁线圈的匝数不变，改变线圈中电流的大小。
2.控制电磁铁线圈的电流不变，改变线圈匝数。
根据吸引铁钉的多少判断磁性强弱
不同匝数的电磁铁三个、学生电源、电流表、开关、导线、大头针、滑动变阻器等。
把电磁铁、电源（带开关）、滑动变阻器、电流表等组成串联电路。
根据左侧电路图，连接实物电路
一、探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系
按照电路图，把滑动变阻器、电流表和一定匝数的电磁铁串联起来，移动变阻器的滑片P，改变电路中的电流。观察电流大小不同时，电磁铁吸引铁钉的数目有什么变化。
匝数一定时，通入电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强
二、探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系
按照电路图，把三个匝数不同的电磁铁串联在电路中（通过三个电磁铁的电流相等），通过比较吸引的铁钉的数量比较磁性的强弱。
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。
1.电磁铁有无磁性可以由通断电流来控制；2.电磁铁的极性可以由电流方向来控制；3.电磁铁的磁性强弱可以由电流的强弱或线圈匝数多少来控制。
电磁铁最直接的应用之一是电磁起重机
电铃是电磁铁常见的应用
电磁铁在生活、生产及科学技术中有着广泛的应用。
磁悬浮列车所用的磁体大多是通有强大电流的电磁铁。是一种靠安装在车厢和轨道上的磁体的相互作用悬浮和高速运动的，由于磁力使其悬浮在轨道上方几厘米高度，行走时不需接触轨道，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可达每小时500 km以上。
2003年，上海浦东机场到市区的磁悬浮铁路成为我国第一条正式投入运营的磁悬浮铁路。
在生活中，我们经常看到一些大型机器在工作（如大型吊车），而它们的电流可达几十安、上百安，直接控制或操作是很危险的，那怎么才能控制这些强大的电流？
1.在一次物理实验中，小于同学连接了如图所示的电路，电磁铁的B端有一个可自由转动的小磁针，闭合开关后，下列说法错误的是（　　）。A．电磁铁的A端为N极；B．小磁针静止时，N极水平指向左；C．利用这一现象所揭示的原理可制成的设备是发电机；D．当滑动变阻器滑动片P向右端移动，电磁铁磁性增强
【解析】A、由图知道，电流从螺线管的右端流入、左端流出，由安培定则判断，电磁铁的A端是N极，B端是S极，故A正确；B、电磁铁的B端是S极，由磁极间的作用规律可知，小磁针静止时，左端是N极，即N极水平指向左，故B正确；C、该实验表明了电能生磁，利用这一现象所揭示的原理可制成电磁铁，故C错误；D、当滑动变阻器滑动片P向右端移动时，变阻器接入电路的电阻变小，电路中电流变大，即电磁铁的磁性变强，故D正确。故选C。
2.张扬同学在探究电磁铁磁性强弱的实验中，使用两个相同的A、B大铁钉绕制成电磁铁进行实验，如图所示，下列说法错误的是(  )。A．滑片P向右滑动，电磁铁的磁性减弱；B．电磁铁能吸引大头针越多，表明它的磁性越强；C．电磁铁A、B的上端均为S极；D．该实验可以探究电磁铁磁性的强弱与匝数多少的关系
【解析】A．分析电路图可知两电磁铁串联后接入含有滑动变阻器的电路中，而电磁铁磁性的强弱与电流的强弱、线圈扎数、有无铁芯有关，所以滑片P向右滑动，电路中的电阻变大，电流减小，电磁铁的磁性减弱A正确，不符合题意；B．电磁铁磁性强弱是根据吸引大头针多少来表现的，故吸引大头针越多，表明它的磁性越强，B正确，不符合题意；C．电磁铁A、B根据右手螺旋定则判断，上端均为N极，C错误，符合题意；D．因为该实验用到两个缠绕扎数不同的电磁铁串联，保证了电流相等，所以可以探究电磁铁磁性的强弱与匝数多少的关系，D说法正确，不符合题意。故选C。
3.小明在课下按教材“迷你实验室”自制成简易的电磁铁，并设计了如图所示的甲、乙、丙、丁电路去探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”。（1）实验通过观察电磁铁 _____来知道电磁铁磁性的强弱；（2）比较 _____两图可知：匝数相同时，电流越大，磁性越强；（3）由图 _____可知：当电流一定时，匝数越多，磁性越强；（4）当丁图的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”），说明线圈匝数相同时，电流越 _____，电磁铁磁性越强。
【解析】（1）[1]磁性的强弱不易直接观察，但可以通过观察电磁铁吸引大头针的个数来认识其磁性强弱，电磁铁吸引的大头针越多说明磁性越强，此研究方法是转换法。（2）[2]比较乙丙两图可知，两个电路中电磁铁的线圈匝数相同，滑动变阻器的滑片位置不同，则通过两个电磁铁的电流不相等；由图可知，丙图滑动变阻器接入电路的阻值较小，丙图电路中通过电磁铁的电流较大，由图可知，丙图中电磁铁吸引的大头针个数较多，表明丙图中电磁铁磁性较强，所以可得出结论：匝数相同时，电流越大，磁性越强。
（3）[3]由图丁可知，两个电磁铁串联在同一电路中，根据串联电路电流规律可知，通过它们的电流相等；由图知，b电磁铁的匝数较多，吸收的大头针个数也较多，说明它的磁性较强，所以可得出结论：当电流一定时，匝数越多，磁性越强。（4）[4][5]当丁图的滑动变阻器滑片向左移动时，变阻器连入电路的电阻变小，电路的电流变大，电磁铁a、b吸引大头针的数量增加，表明它们的磁性增强，故可以说明线圈匝数相同时，电流越大，电磁铁磁性越强。【答案】吸引大头针的个数；乙、丙；丁；增加；大。
如何在AB之间接入一个“自动开关”，来实现对电磁起重机所在的高电压、强电流电路的安全控制？
如图所示，是小区、单位常用的“道闸”
“道闸”主要由电磁起重机和电源组成
在A、B之间安装一个自动开关对道闸进行控制
电磁铁不就派上用场了吗？
电压为4.5V的控制电路
模拟电磁起重机所在的工作电路
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。是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
电磁继电器主要组成部分有：电磁铁弹簧衔铁动、静触点
电磁铁：通电时产生磁性，吸引衔铁
弹簧：电磁铁磁性消失时，带动衔铁弹离电磁铁
衔铁：和动触点组成一个绕支点转动的杠杆，带动动触点上下运动
触点：（上下两组）：相当于被控制电路的开关
电磁继电器：就是利用电磁铁来控制电路的一种开关。
1.当没有电流经过电磁铁线圈时，电磁铁没有磁性，衔铁被弹簧拉起，使动触点与上面静触点闭合，工作电路给红灯供电，红灯亮。
2.控制电路接通时，有电流经过电磁铁线圈，电磁铁具有磁性，吸引衔铁，动触点与下面静触点闭合，工作电路给蓝灯供电，蓝等亮，红灯灭。
（1）利用低电压、弱电流（控制电路）控制高电压、强电流的（工作电路）。
电磁继电器就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
（2）正因如此，利用电磁继电器可以实现：远距离操纵、自动控制、安全报警等。
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。
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。同学们来分析它的工作原理。
如图是直流电铃的原理图。衔铁B与弹性片A相连，自然情况下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。
1.法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔由于发现了巨磁电阻（GMR）效应而荣获2007年度诺贝尔物理学奖。图中GMR代表巨磁电阻，在磁场中，其阻值随磁场的逐渐变强而减小。闭合开关S1、S2，下列说法中（　　）。①电磁铁左端为N极；②电磁铁外部的磁感线从左端出发回到右端；③将滑片P向b端滑动，电磁铁磁性变弱；④将滑片P向a端滑动，指示灯亮度变强。A．只有①③正确B．只有②④正确C．只有②③④正确D．①②③④都正确
【解析】①如图，电磁铁电路中，电流从右端流入，根据右手螺旋定则可知，电磁铁左端为N极，故①正确；②电磁铁外部的磁感线从左端N极出发回到右端S极，故②正确；③将滑片P向b端滑动，滑动变阻器接入电阻变大，电磁铁电路中电流减弱，则电磁铁磁性变弱，故③正确；④将滑片P向a端滑动，滑动变阻器接入电阻变小，电磁铁电路中电流增强，电磁场增强，由于GMR巨磁电阻的电阻随磁场的逐渐变强而减小，则右侧电路中总电阻变小，电流变大，指示灯亮度变强，故④正确。故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。
2.（1）下图为烟感报警装置，当没有烟雾时，烟感开关断开，电磁铁___________（有/无）磁性，绿灯亮，当有烟雾时，烟感开关闭合，电磁铁___________衔铁，绿灯灭，警铃与喷淋系统同时工作。（2）请根据烟感报警装置的工作原理，将电路图补充完整，要求警铃与喷淋系统互不影响。( )
【解析】（1）[1]当没有烟雾时，烟感开关断开，没有电流通过，电磁铁就没有磁性。（2）[2][3]当有烟雾时，烟感开关闭合，有电流通过，电磁铁有磁性，就将衔铁吸下来；绿灯灭，说明1接绿灯，衔铁吸下来后，警铃与喷淋系统同时工作，说明2、3接通，而警铃与喷淋系统互不影响，故为并联，如下图所示。【答案】无；吸下；如图。
类型1:电磁铁的构造及工作原理
1.许多自动控制的电路中都安装有电磁铁。关于电磁铁，下列说法中正确的是（　）。A. 电磁铁的铁芯，可以用铜棒代替；B. 电磁继电器中的磁体，可以使用永磁铁；C. 电磁铁磁性的强弱只与电流的大小有关；D. 电磁铁是根据电流的磁效应制成的
【解析】A、电磁铁的铁芯需用软磁性材料制成，铜不是磁性材料，故不可以用铜棒代替，故A错误；B、电磁铁不是永久磁铁，它的磁性的有无跟电流的通断有关，所以电磁继电器中的磁体，不能使用永磁铁，故B错误；C、电磁铁的磁性强弱与电流的大小和线圈的匝数有关，故C错误；D、电磁铁是利用电流的磁效应制成的，故D正确。故选D。
类型2:探究电磁铁磁性强弱的影响因素
2.如图所示是探究“影响电磁铁磁性强弱”的电路图，闭合开关后，下列说法正确的是（　　）。A．电磁铁的A端是N极；B．当滑片P向右移时，电磁铁的磁性减弱；C．小磁针静止时，上端是N极；D．该实验电路探究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系
【解析】A．由图知，电流从螺线管的下端流入、上端流出，根据安培定则可知，电磁铁的A端是S极，B端是N极，故A错误；B．当滑片P向右移时，滑动变阻器接入电路中的电阻减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强，故B错误；C．由小磁针静止时N极与磁感线方向一致可知，小磁针静止时，上端是N极，下端是S极，故C正确；D．由于实验中无法改变电磁铁线圈的匝数，所以无法探究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，故D错误。故选C。
类型3:按要求连接电磁铁
3.如图所示，请用笔画线代替导线，将实物图补充完完整，要求：①小磁针的指向满足如图所示的方向，②滑动变阻器的滑片向右端滑动，通电螺线管的磁性减弱。
【解析】滑动变阻器串联，连接时一上一下，小磁针的指向满足如图所示的方向即磁场的方向，从 极出发回到S极，故螺线管的左端为N极，右端为S极，滑动变阻器的滑片向右端滑动，通电螺线管的磁性减弱，则滑动变阻器向右滑动时，电阻变大，电流变小，磁性变弱，故接的是滑动变阻器的左端下方接线柱，故用一根导线将滑动变阻器的左端下方的接线柱和开关的左端接线柱连接好，根据右手螺旋定则可知，左端为N极，则电流向上流动，即从螺旋管的右端流进，故用一根导线将螺线管的右端与电池的正极相连，故如下图所示：
类型4:含电磁铁电路的动态分析
4.如下图所示，给电磁铁通电，铁块及弹簧在图中位置静止。当滑动变阻器的滑片P向a端滑动时，关于电流表示数和弹簧长度的变化情况，下列说法中正确的是（　）。A．电流表的示数增大，弹簧的长度增加B．电流表的示数增大，弹簧的长度减小C．电流表的示数减小，弹簧的长度增加D．电流表的示数减小，弹簧的长度减小
【解析】由图示知，滑片向a端移动时，变阻器接入电路的阻值变大，则电路中的电流变小，即电流表的示数变小，那么电磁铁的磁性减弱，铁块被向下吸引的力变小。铁块受到竖直向下的重力、向下的吸引力和向上的弹簧的拉力处于静止状态，而向下的吸引力变小，重力不变，那么向上的拉力也变小，所以弹簧向上收缩，长度减小。故ABC错误，D正确。故选D。
类型5:电磁继电器电路的综合计算连接
5.电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住某小区某栋6楼，放学后乘电梯回家。小明查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置了超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成：在工作电路中，当电梯没有超载时，动触点K与静触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，动触点K与静触点B接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关S，电动机也不工作。在控制电路中，已知电源电压U=6V，保护电阻R1=100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R2的阻值随压力F大小变化如图乙所示，电梯自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。
（1）在控制电路中，当压敏电阻R2受到的压力F增大时，电磁铁的磁性___________（选填“增强”“减弱”或“不变”）。（2）若小明的体重为400N，他站在静止的电梯上，脚与电梯地面的总接触面积为0.04m2，则此时小明对电梯地面的压强为多少___________？（3）某次电梯正常运行时，测得通过电磁铁线圈电流为10mA，则此时电梯载重为多少___________？ （4）若电磁铁线圈电流达到20mA时，刚好接触静触点B，电铃发出警报声。当该电梯厢内站立总质量为 1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载___________？（g取10N/kg）
【解析】（1）[1]从图甲中可以看出定值电阻R1与压敏电阻R2串联，从图乙中可以看出，当压敏电阻R2受到的压力F增大时，压敏电阻R2减小，故此时电路中电流变大，因此电磁铁磁性增强。（2）[2]小明站在水平的电梯面上F=G=400N此时小明对电梯地面的压强（3）[3]通过电磁铁线圈电流为10mA时，电磁铁所在电路中的总电阻由串联电路特点可得由图乙可知，此时压敏电阻R2受到的压力故电梯载重为 6×103 N 。