电磁铁与电磁继电器 期末专题突破课件-2024-2025学年九年级人教版物理全一册

电磁铁与电磁继电器 思维导图 知识要点： 1. 电磁铁的结构和优点。 2. 影响电磁铁磁性强弱的因素。 3. 电磁铁在生活中的应用。 4. 电磁继电器的结构和工作原理。 5. 简单电磁控制电路的设计与计算。 一、电磁铁 1. 带有铁芯的通电螺线管称为电磁铁。 2. 影响电磁铁磁性强弱的因素。 电磁铁的磁性强弱除了与所带铁芯有关外，还与以下因素有关：① 通过线圈的电流大小：线圈匝数相同的情况下，电流越大，电磁铁的磁 性越强；电流越小，电磁铁的磁性越弱。②线圈匝数：电流大小相同的 情况下，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强；线圈匝数越少，电磁铁的 磁性越弱。 3. 电磁铁的优点：（1）电磁铁磁性的有无可由电流的通断来控 制。（2）电磁铁的磁性强弱可以通过改变电流大小、线圈匝数来控 制。（3）电磁铁的磁场方向可以通过改变电流方向来控制：电流方向 改变，磁场方向也改变。 二、电磁铁的应用 1. 磁浮列车的工作原理：磁浮列车就是利用同名磁极相互排斥，异 名磁极相互吸引的原理，通过轨道上的强电磁铁与列车上的电磁铁之间 的排斥或吸引作用而悬浮起来。 2. 磁浮列车的优点：消耗动力小、不受气候影响、无噪声、振动 小、不污染环境等。 3. 电磁铁的其他应用。 应用领域 常见实例 机械 发电机、电动机、电磁起重机等 家用电器 洗衣机、电饭锅、冰箱等 实际生活 银行卡、交通卡、移动电话、可视电话、空气开关等 三、电磁继电器 1. 电磁继电器是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。 2. 结构：由控制电路和工作电路组成。 （1）控制电路：由低压电源、电磁铁、开关、弹簧等组成。 （2）工作电路：由高压电源、用电器、触点开关等组成。 （3）在电磁继电器的控制电路中接入对温度、压力或光照等敏感 的元件，利用这些元件控制电路的通断，就可实现温度、压力或光照对 电路的自动控制。 知识点一：影响电磁铁磁性强弱的因素 　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甲、乙，并设计了如图所示的电路。 （1）实验中，小明是通过观察电磁铁 　　　 　来判定其磁性 强弱的。 （2）甲、乙两电磁铁串联的目的是 　　 　　。 （3）根据图示的情境可知，电磁铁 　　　　（填“甲”或“乙”）的磁性较 强，说明电流一定时， 　　　　　　　　，电磁铁的磁性越强。  （4）若要使电磁铁甲吸引更多的大头针，则滑动变阻器的滑片应 向 　　　　（填“左”或“右”）移动。  （5）实验中，大头针的下端都是分开的，其原因是 　　 　　。 　（1）磁性的强弱是无法直接观察的，本实验应用了转换 法。（2）串联电路可以使通过两电磁铁线圈的电流相同。（3）应用控 制变量法来分析。（4）在线圈匝数不变的情况下，增大电流可增强电 磁铁的磁性。（5）根据同名磁极相互排斥来分析。 　（1）磁性的强弱是无法直接观察的，利用电磁铁吸引大 头针的多少来反映其磁性强弱。（2）将甲、乙两电磁铁串联，使通过 两电磁铁线圈的电流相同，从而比较线圈匝数与磁性强弱的关系。 （3）电磁铁乙吸引的大头针数目较多，说明电磁铁乙的磁性较强，由 此可以得出结论：电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。 （4）要使电磁铁甲吸引更多的大头针，需增强其磁性。在线圈匝数不 变的情况下，增大电流可增强电磁铁的磁性，故滑动变阻器的滑片应向 左移动。（5）大头针被磁化，远离磁极一端的磁极极性相同，同名磁 极相互排斥，所以大头针的下端都是分开的。 　（1）吸引大头针的多少　（2）使通过两电磁铁线圈的电 流相同　（3）乙 线圈匝数越多 （4）左 （5）同名磁极相互排斥 　本题考查影响电磁铁磁性强弱的因素，需要掌握控制变量 法和转换法在实验中的应用。 某小组在“探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”的实验 中，设计了如图所示的电路，并进行了实验，当电磁铁通电时会对磁体 产生力的作用，使指针绕O点转动，记录指针A所指的刻度值大小，实验 结果如下表所示。 线圈接线点 接线柱1 接线柱2 接线柱3 实验次序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电流/A 0.8 1.2 1.6 0.8 1.2 1.6 0.8 1.2 1.6 指针所指的刻度值 大小 0.8 1.2 1.6 0.6 0.9 1.2 0.4 0.6 0.8 （1）进行第1、4、7次实验基于的假设是 ⁠ ⁠。 （2）实验中，他们将开关S从接线柱1换到接线柱2上时，调节滑动变阻 器的滑片P，再次观察电流表示数及指针A所指的刻度值大小，此时调节 滑动变阻器是为了 ⁠。 （3）写出能使指针反向偏转的具体措施： ⁠ ⁠（写出一条即可）。 电磁铁的磁性强弱可能与线 圈匝数有关　 控制电流大小相等　 对调磁体的磁极（或对调 电源的正、负极，或改变线圈的缠绕方向） 知识点二：电磁继电器的电路连接 　某自动除尘装置简化电路的元件如图所示。空气中的尘埃量较少 时，光源发出来的光被挡板挡住。当空气中的尘埃量达到一定值时，由 于尘埃的反射，部分光被反射到光敏电阻上，其电阻值减小。通过电磁 继电器的电流增大，衔铁被吸下，除尘电动机工作。请用笔画线代替导 线连接电路图。 　电磁继电器的电路分为控制电路和工作电路两部分，根据 题意分别连接这两个独立电路即可。 　由题意知，当空气中的尘埃量达到一定值时，部分光被尘 埃反射到光敏电阻上，衔铁被吸下，开启自动除尘模式，所以除尘器与 下方的静触点接在电路中，如图所示。 　电磁继电器就是一个自动控制电路通断的开关，理解其工 作原理是作图的关键。 　某兴趣小组的同学对汽车的转向指示灯很感兴趣，他们设 计了如图所示的转向指示灯电路模型，接通相应指示灯后，该指示灯会 亮、暗（微弱发光）交替闪烁发光。R0为定值电阻，电磁铁线圈及衔铁 的阻值均忽略不计。 （1）若让左转、右转指示灯同时工作（双跳灯开启），转向开关应与 触点 （填“1和2”“2和3”“3和4”或“4和5”）接通。  3和4　 （2）根据电路图写出接通相应指示灯后，该指示灯能自动进行亮、暗 交替闪烁发光的工作原理。 【答案】（2）以右转指示灯为例：转向开关与触点2和3接触时，指示 灯与电磁铁、R0串联，电路的总电阻较大，电流较小，指示灯较暗，此 时电磁铁中有电流通过，产生磁性，将动触点A向下吸引。触点A、B接 触后，由于电磁铁与R0被短路，电路的总电阻变小，所以通过指示灯的 电流变大，指示灯变亮。由于电磁铁中没有电流通过，电磁铁的磁性消 失，在弹簧的作用下，动触点A与静触点B分离，指示灯又与电磁铁、R0 串联，亮度变暗。如此循环，实现自动闪烁。 知识点三：电磁继电器的应用 　如图所示为检测汽车尾气中一氧化碳排放量的电路。当一氧化碳 的浓度高于某一设定值时，电铃发声报警。图中的气敏电阻R1的阻值随 一氧化碳浓度的增大而减小。下列说法中正确的是 （ ） A. 电铃应接在A、C之间 B. 当一氧化碳的浓度升高时，电磁铁的磁性减弱 C. 电源用久后，电压U1会减小，则报警的一氧化碳最小浓度比设定值高 D. 为使该检测电路在一氧化碳的浓度更低时报警，可将R2的滑片向下移 　气敏电阻R1的阻值随一氧化碳浓度的增大而减小，据此由 欧姆定律可得出控制电路的电流变化情况，根据影响电磁铁磁性强弱的 因素可知磁性的变化情况，再结合电路进行分析。 　气敏电阻R1的阻值随一氧化碳浓度的增大而减小，所以一 氧化碳的浓度升高时，气敏电阻R1的阻值减小，则控制电路的总电阻减 小，由I=可知，控制电路中的电流增大，从而使电磁铁的磁性增强， 衔铁被吸下，电铃发声报警，则电铃应接在B、D之间；电源用久后，电 压U1会减小，由R总=可知，电铃发声报警时控制电路的总电阻减小， 气敏电阻R1的阻值减小，一氧化碳的浓度增大，则报警的一氧化碳最小 浓度比设定值高；电铃发声报警时，控制电路的总电阻一定，因为一氧 化碳的浓度越小，气敏电阻R1的阻值越大，所以要使该检测电路在一氧 化碳浓度更低时报警，应将R2的滑片向上移，以减小滑动变阻器R2接入 电路中的电阻。 　C 　理解电磁继电器检测电路的工作过程是解题的关键，解题 时还需结合影响电磁铁磁性强弱的因素、串联电路的特点、欧姆定律的 应用等知识。 　如图所示为某兴趣小组为学校办公楼空调设计的自动控制 装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化的情况如下表所示。已知继电 器的线圈电阻R0=10 Ω，左边电源的电压为6 V，且恒定不变。当继电器 线圈中的电流大于或等于15 mA时，继电器的衔铁被吸合，右边空调所 在的电路正常工作。 温度T/℃ 0 5 10 15 20 25 30 35 40 电阻R/ Ω 600 550 500 450 420 390 360 330 300 （1）这一自动控制装置的基本结构其实是一个 。  电磁继电器 （2）请通过计算说明该空调的启动温度是多少。 【答案】（2）电路启动时的总电阻R总==400 Ω，此时热敏电 阻的阻值R=R总-R0=400 Ω-10 Ω=390 Ω，对照表中数据可知，此时的启 动温度是25℃。 （3）为了节省电能，将空调的启动温度设定为30℃，则控制电路中需 再串联多大的电阻？ 【答案】（3）因为电路启动时的总电阻为400 Ω，由表中数据可知， 将空调的启动温度设定为30℃时，热敏电阻的阻值为360 Ω，则电路中 还需要串联的电阻R1=R总-R′-R0=400 Ω-360 Ω-10 Ω=30 Ω。 （4）改变控制电路的电阻可以给空调设定不同的启动温度，除此之 外，请再提出一种方便可行的调节方案。 【答案】（4）可以将左边电源改为可调压电源（合理即可）。 　纯电动汽车是一种采用蓄电池作为唯一动力源的汽车。 电池的安全性主要体现在对其温度的控制上，当某组电池的温度过高 时，立即启动制冷系统进行降温。如图甲所示为小明设计的模拟控温装 置示意图。电磁继电器与热敏电阻RT、滑动变阻器R串联接在电压为6 V 的电源两端。当电磁铁线圈（电阻不计）中的电流大于或等于25 mA 时，衔铁被吸合。热敏电阻置于温度监测区域，其阻值RT与温度T的关 系如图乙所示，滑动变阻器的最大阻值为200 Ω。 （1）图甲中应将b端与 　　　　端相连。  （2）当开关S闭合时，电磁铁的上端为 　　　　极。  （3）若设置电池的温度为60℃时启动制冷系统，则滑动变阻器接入电 路的阻值应为 　　　　 Ω。  （4）该电路可设置启动制冷系统的最高温度是 　　　　℃。  （5）现利用一只电阻箱在室温条件下对上述电路进行调试，使电路能 在60℃时启动制冷系统。为此，先将电阻箱调为70 Ω，然后还需要经过 三个关键的调试步骤才能完成调试。 第一步：断开开关， 　　 　　。 第二步：闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电磁继电器的衔铁被 吸合。 第三步：断开开关， 　　　　　　　　　　　　　，完成电路调试。  　根据安培定则判断电磁铁的磁极，根据电磁继电器的工作 原理、欧姆定律、串联电路的电阻规律、等效替代的思路等进行分析。 　（1）由题意可知，当控制电路中的电流达到25 mA时衔铁 被吸合，制冷系统工作，所以图甲中应将b端与c端相连。（2）由图甲 可知，电流从通电螺线管的上端接线柱流入，下端流出，根据安培定则 可知，电磁铁的上端为N极。（3）若设置电池的温度为60℃时启动制冷 系统，由图乙可知，当温度为60℃时，RT的阻值为70 Ω，由欧姆定律 得，此时控制电路的总电阻R总===240 Ω，则滑动变阻器接入 的电阻R=R总-RT=240 Ω-70 Ω=170 Ω。 （4）当滑动变阻器接入电路的阻值为200 Ω时，热敏电阻的阻值RT'=R总-R'=240 Ω-200 Ω=40 Ω，由图乙可知，此时对应的温度为90℃。（5）为使电路能在60℃时启动制冷系统，应先将电阻箱调为70 Ω，然后进行如下调试：①断开开关，将滑动变阻器调到阻值最大处，并用电阻箱替换热敏电阻；②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电磁继电器的衔铁被吸合；③断开开关，用热敏电阻替换电阻箱，完成电路调试。 　（1）c　（2）N　（3）170　（4）90　（5）将滑动变阻 器调到阻值最大处，并用电阻箱替换热敏电阻　用热敏电阻替换电阻箱 　本题考查电磁继电器的有关知识以及欧姆定律的应用、串 联电路的电阻规律等，理解电磁继电器的工作原理是解题的关键。 1. 如图所示为某汽车启动电动机的电路，M为电动机。当启动器开关闭 合时，有微小电流通过器件X，接着有强大电流通过电动机，并将电动 机启动。根据所学知识猜测，X可能是（　B　） A. 灵敏电流计 B. 电磁继电器 C. 电压表 D. 发电机 B 2. 如图所示为我国自行研发的中低速磁浮列车的工作原理示意图。下列 关于磁浮列车的说法中正确的是（　B　） A. 该磁浮列车的工作原理是运用磁铁的同名磁极相互排斥 B. 车厢线圈通电后电源上端是正极 C. 车厢满载乘客和空载时受到的磁力相等 D. 车厢满载乘客和空载时线圈中的电流大小相等 B 3. 如图所示为水位报警装置原理图，其中A、B为两根金属杆。当水位达 到或超过警戒线时，绿灯、红灯和电铃的工作状态分别是（　D　） A. 绿灯亮、红灯不亮，电铃不响 B. 绿灯亮、红灯亮，电铃响 C. 绿灯不亮、红灯亮，电铃不响 D. 绿灯不亮、红灯亮，电铃响 D 4. 如图所示，GMR是一个巨磁电阻，其特性是电阻在磁场中会急剧减 小，且磁场越强电阻越小，闭合开关S2后，下列四种情况相比较，指示 灯最亮的是（　D　） A. S1断开，滑片P在图示位置 B. S1闭合，滑片P在图示位置 C. S1闭合，滑片P在滑动变阻器的最右端 D. S1闭合，滑片P在滑动变阻器的最左端 D 5. 如图所示，条形磁铁放在粗糙程度相同的水平桌面上静止后，闭合开 关S，滑片P向下移动。下列说法中正确的是（　D　） A. 通电螺线管的右端为S极 B. 滑片P向下移动的过程中，通电螺线管的磁性变弱 C. 滑片P向下移动的过程中，条形磁铁所受的摩擦力一直不变 D. 滑片P向下移动的过程中，条形磁铁可能静止，也可能向左运动 D 6. 按要求完成作图： （1）请在图甲中用笔画线代替导线连接能使电铃正常工作的实物图。 【答案】（1）如图甲所示。 【答案】 （2）请在图乙中用笔画线代替导线将汽车的启动原理图连接完整。说 明：当钥匙插入仪表板上的钥匙孔并转动（相当于闭合开关）时，电动 机工作，启动汽车；电磁铁的工作电压小于电动机的工作电压。 【答案】（2）如图乙所示。 7. 如图甲所示为恒温箱的简化电路，R1是热敏电阻，其阻值与温度的关 系如图乙所示。R2是滑动变阻器，发热电阻R3的阻值为44 Ω。 （1）电路中的E点应与 （填“C”或“D”）连接。 （2）R3正常工作时的电流为 。  C　 5 A　 （3）若恒温箱设定的温度为100℃，已知低压电源的电压为6 V，电磁铁 的工作电流为30 mA，电磁铁线圈的电阻为10 Ω，则滑动变阻器R2的阻 值应调到 Ω。  140　 8. 如图所示为简易电磁锁的原理图，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P 向左移动，使静止在水平桌面的锁栓滑动，打开门锁。下列说法中错误 的是（　D　） A. 锁栓可能是用钢铁制作的 B. 通电后电磁铁的a端为N极 C. 滑片P向左移动的过程中电磁铁的磁性增强 D. 锁栓在滑动过程中受到的摩擦力始终向左 D 【解析】由简易电磁锁的原理图可知，锁栓会受到电磁铁的磁力作用， 说明锁栓是磁体或易被磁化的物质，所以锁栓可能是用钢铁制作的；电 流从螺线管右端流入，左端流出，故由安培定则可知，此时电磁铁的a 端是N极；滑动变阻器的滑片P向左端移动，电阻变小，电流变大，故 电磁铁的磁性增强；要使电磁锁打开，锁栓应该向左滑动，此时锁栓受 到水平桌面对它向右的摩擦力。 9. 如图所示为某种拍摄机动车闯红灯装置的工作原理示意图。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地感应线圈时，感应线圈的磁场就会发生很大 的变化，使感应线圈中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？并说明理由。 ⁠ ⁠ ⁠。 （2）埋地感应线圈的两接线端对换是否会影响摄像系统工作？并说明 理由。 ⁠ ⁠。 不能工作；绿 灯亮时自动开关不闭合，电磁继电器不通电，导致摄像系统不能工 作　 不会影响；埋地感应线圈产生感应电压的正、负极发生变化不 影响电磁继电器是否有磁性　 10. 超导材料有很多引人注目的特性，利用超导磁浮现象可以大大提高 交通工具的运行速度。世界上第一台“高温”超导高速磁浮列车的工作原 理是在列车底部安装超导材料，在行进的过程中不断使用液氮将其降温 到“高温”（约-196.15℃）。在电磁铁修建的轨道上运行，设计时速大于 600 km，这标志着我国“高温”超导高速磁浮工程化研究实现从无到有的 突破。同时下一步会结合未来真空管道技术，为远期向1000 km/h以上 速度值的突破奠定基础。 （1）超导材料的显著特性是导体在温度降低到足够低时 ⁠变为 零的特性。  （2）超导高速磁浮列车在行进的过程中不断使用液氮降温，是利 用了液氮 （填物态变化名称）时吸收热量。  （3）真空管道技术能大大提速的原因是减小了 ⁠对列 车运行的影响。 （4）超导材料除了超能导电的显著特性，还有一个重要特性就是 抗磁性，即把超导材料放在磁场中冷却到一定程度时，磁感线似乎一下 子被排斥到超导材料之外的现象。图 （填“甲”或“乙”）所示的描 述符合抗磁性特征。  电阻　 汽化　 空气阻力　 乙 11. 如图甲所示为热敏电阻的R-T图象，如图乙所示为用此热敏电阻R和 继电器组成的恒温箱的简单温控电路。继电器线圈的电阻为150 Ω，当 线圈中的电流大于或等于28 mA时，继电器的衔铁被吸合，为继电器线 圈供电的电池的电压为6 V，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。 （1）恒温箱的加热器应接在 （填“A、B”或“C、D”）端。  （2）若在原控制电路中串联接入一个可变电阻，当该电阻增大时，所 控制的恒温箱内的最高温度将 （填“变大”“不变”或“小”）。 （3）若恒温箱内的温度达到100℃，请通过计算分析恒温箱加热 器是否处于工作状态。 【答案】当温度为100℃时，由题图甲可知，热敏电阻的阻值为50 Ω， 继电器线圈的电阻为150 Ω，则线圈中的电流I==0.03 A=30 mA，因为I>28 mA，继电器的衔铁被吸合，所以恒温箱加热器不 处于工作状态。 A、B　 变大 12. 小明要为自行车设计一种“雾灯”，以提示过往的行人和车辆，要求 工作时灯泡能持续交替闪烁，忽略弹性衔铁和电磁铁线圈的电阻，下列 电路中符合设计要求的是（　D　） A. B. C. D. D 【解析】选项A：闭合开关，电磁铁产生磁性，将弹性衔铁吸下，灯泡 发光，之后电磁铁一直具有磁性，所以动触点与静触点一直不分离，灯 泡会一直发光，不符合要求；选项B：闭合开关，电磁铁产生磁性，将 弹性衔铁吸下，灯泡发光，之后电磁铁一直具有磁性，所以动触点与静 触点一直不分离，由于忽略弹性衔铁和电磁铁线圈的电阻，灯泡因被短 路会一直不发光，不符合要求；选项C：闭合开关，电磁铁产生磁性， 将弹性衔铁吸下，动触点与静触点分离，灯泡不发光，之后电磁铁一直 具有磁性，所以动触点与静触点一直分离，灯泡会一直不发光，不符合 要求； 选项D：闭合开关，电磁铁与灯泡中都有电流通过，灯泡发光，电磁铁 产生磁性，将弹性衔铁吸下，动触点与静触点分离，电路被切断，灯泡 熄灭，电磁铁的磁性消失，弹性衔铁因弹性形变而恢复，动触点与静触 点再次接触，电路接通，灯泡发光且电磁铁再次具有磁性，如此反复， 灯泡持续闪烁，符合要求。 13. 超市的电动扶梯，有人乘时运行较快，无人乘时运行较慢。某同学 想利用电磁继电器设计这样的电路。 （1）力敏电阻R0的阻值与所受压力的关系如图甲所示，则由图甲可得 出力敏电阻R0的阻值随所受压力的增大而 （填“增大”或“减 小”）。  减小　 （2）根据要求请将图乙所示的工作电路连接完整。 【答案】（2）如图所示。 （3）控制电路的电源电压为24 V，当电流达到20 mA时电磁铁将 衔铁吸下。现在要求一个质量为40 kg的小朋友站在电梯上就能使电梯较快运行，则滑动变阻器R1接入电路的阻值为多大？（g取10 N/kg） 【答案】（3）小朋友对电梯的压力F=G=mg=40 kg×10 N/kg=400 N；由 题图甲可知，此时力敏电阻的阻值R0=600 Ω，衔铁被吸下的电流I=20 mA=0.02 A；根据欧姆定律可知，控制电路的总电阻R==1200 Ω；根据串联电路的电阻规律可知，滑动变阻器R1接入电路的阻值R1=R- R0=1200 Ω-600 Ω=600 Ω。 （4）如果要求质量更小的人站上电梯就能使其较快运行，可采取 的方法是 ⁠ ⁠。 将滑动变阻器R1的滑片向左移动（或增大控制电路的电源电 压，或增加电磁铁的线圈匝数，合理即可） $$