16.4 电磁继电器与自动控制（表格式教学设计）物理新教材沪粤版九年级下册

该初中物理教学设计聚焦电磁继电器的结构、双电路原理及应用，通过龙门吊、排爆机器人视频情境与实物展示导入，承接电磁铁知识，为后续自动控制内容搭建学习支架。 特色在于融合科学探究与跨学科实践，通过双电路实验构建“控制电路通断→电磁铁磁性→触点转换→工作电路切换”的科学思维因果链，结合自动浇水装置设计培养科学态度与责任。助力学生提升实验操作与知识迁移能力，为教师提供情境化、实践化的教学方案。

16.4 电磁继电器与自动控制（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 课题 16.4 电磁继电器与自动控制 教学 目标 物理观念 1．掌握核心定义：电磁继电器是利用电磁铁控制工作电路的装置，核心特性为“低电压弱电流控制高电压强电流”； 2．明确结构组成：识别电磁铁、衔铁、复位弹簧、触点（常闭/常开）等核心部件及各自作用； 3．建立双电路认知：区分控制电路（低压弱流）与工作电路（高压强流）的边界，理解“电信号→机械动作→电路切换”的转化逻辑； 4．知晓应用价值：结合龙门吊、排爆机器人等实例，明确其“安全隔离、远程控制”的核心作用。 科学思维 1．运用转换法：通过“灯泡亮灭”“衔铁动作”间接判断电路通断与电磁铁磁性状态； 2．构建因果链：梳理“控制电路通断→电磁铁磁性有无→衔铁运动→触点转换→工作电路切换”的逻辑关系； 3．归纳推理：从双电路实验现象中总结电磁继电器的工作规律，区分“控制端”与“执行端”的功能差异； 4．跨学科迁移：将物理电路知识与工程设计结合，分析自动浇水装置的“检测-控制-执行”闭环逻辑。 科学探究 1．完成核心实验：规范连接电磁继电器双电路，探究控制电路通断对工作电路的影响； 2．精准操作记录：观察并记录“控制电路通/断时衔铁动作、触点状态、灯泡亮灭”的对应关系； 3．问题排查：分析“灯泡不亮”“衔铁不动作”等异常现象原因（如电路接触不良、线圈电压不匹配）； 4．实践设计：参与跨学科任务，初步完成自动浇水装置的部件连接与逻辑设计。 科学态度 与责任 1．强化安全意识：通过“低压控高压”的实验体验，认识电气操作中安全隔离的重要性； 2．培养工程素养：在跨学科实践中感受物理知识的应用价值，树立“科技服务生活”的意识；3．秉持严谨精神：实验中如实记录触点状态与电路现象，不主观修改数据； 4．感知科技力量：结合排爆机器人、磁浮列车等实例，增强对我国工业科技发展的认同感。 教材 分析 1．地位作用：本节是沪粤版九年级下册第十六章的应用升华课，承接16.3“电磁铁”的磁性可控特性，将其拓展为“电路控制工具”，为后续“电动机”“自动控制”等内容奠定基础，是“电生磁”从理论到工程应用的关键节点； 2．内容结构：按“情境导入→结构探究→原理实验→应用拓展→跨学科实践”展开，从“是什么”（结构）到“怎么工作”（原理）再到“怎么用”（应用与设计），逻辑层层递进； 3．编写特点：以双电路实验为核心，配套实物图、结构图降低抽象度；融入STSE理念与跨学科任务，兼顾知识传授与素养培养，契合九年级学生“具象→抽象→应用”的认知规律。 学情分析 1．已有基础：①知识储备：掌握电磁铁“通断可控、磁性可调”的特性，熟悉基本电路连接与故障排查；②能力基础：具备简单实验操作与记录能力，但对“双电路协同工作”的逻辑理解存在空白； 2．认知难点：①边界混淆：难以区分控制电路与工作电路的功能及连接方式；②逻辑断层：无法将“电磁铁磁性变化”与“触点机械动作”“工作电路切换”形成完整因果链；③设计障碍：跨学科实践中，难以将传感器、继电器、执行器（水泵）构建为闭环系统； 3．学习特点：对“排爆机器人”“龙门吊”等科技场景兴趣浓厚，适合通过“情境驱动→实验拆解→逻辑梳理”的方式突破难点。 教学重点 1．核心结构：识别电磁继电器各部件（电磁铁、衔铁、复位弹簧、常闭/常开触点）及作用； 2．双电路原理：理解控制电路与工作电路的组成、连接方式及“低压控高压”的核心逻辑； 3．实验操作：规范连接双电路，记录并分析“控制电路通断→工作电路切换”的对应关系； 4．应用认知：结合实例说明电磁继电器在安全控制、自动化设备中的应用价值。 教学难点 1．逻辑构建：建立“控制电路通断→电磁铁磁性→衔铁运动→触点转换→工作电路通断”的完整因果链； 2．电路区分：明确控制电路（线圈、低压电源、开关）与工作电路（用电器、高压电源、触点）的连接边界，避免混接； 3．触点分析：理解“常闭触点（不通电接触）”“常开触点（通电接触）”的状态变化及对工作电路的影响； 4．实践迁移：将电磁继电器原理迁移到自动浇水装置设计中，实现“传感器信号→继电器控制→水泵动作”的逻辑衔接。 教师活动 学生活动 导入新课 【教师活动】1．安全情境冲击：播放两段视频——①港口龙门吊：工人按下小按钮，数十吨钢材被精准吊运； ②排爆现场：操作人员远程操控机器人，机械爪精准拆弹。 提问：“工人的‘轻按’为何能驱动重型机械？排爆人员不靠近危险区域，如何控制机器人动作？这背后的‘控制枢纽’是什么？” 2．实物展示：拿出电磁继电器，补充：“这个小小的部件，就是‘以小控大、以安控险’的关键——电磁继电器”； 3．引出课题：“今天我们就来拆解它的结构，探究它的控制秘密”（板书课题：16.4 电磁继电器与自动控制）。 【教师总结】电磁继电器的核心价值是“安全控制”，它像一个“电路指挥官”，用弱电流信号指挥强电流电路的工作，本节课将从结构到应用，全面认识它。 1．观看视频后引发讨论：“小按钮控制大机械，肯定有‘中间部件’传递信号”“远程控制是为了避免危险，中间部件能隔离高压或危险环境”，初步感知电磁继电器的“隔离控制”作用； 2．观察电磁继电器实物，好奇其内部结构，思考“它如何实现‘以小控大’”，激发探究兴趣； 3．记录课题，明确核心任务：探究电磁继电器的结构、原理及应用。 学习新课【模块一：拆解电磁继电器——认识核心结构】 环节1：结构探秘——从实物到图示 【问题情境】“这个小小的盒子里藏着什么部件？这些部件如何协同工作实现‘控制’功能？” 【教师活动】1．实物拆解：用螺丝刀拆开电磁继电器，逐一露出电磁铁、衔铁、复位弹簧、触点，对应投影结构图，标注各部件名称； 2．部件讲解：①电磁铁：核心控制件，通电生磁吸引衔铁，断电失磁；②衔铁：连接动触点，受磁吸力和弹簧拉力运动；③复位弹簧：电磁铁断电时，拉动衔铁复位；④触点：A-B为常闭触点（不通电时接触），B-C为常开触点（通电时接触）； 3．互动提问：“如果电磁铁通电，衔铁会向哪个方向运动？触点A-B和B-C的状态会怎样变化？” 【教师总结】电磁继电器的结构核心是“电磁铁控制机械触点”，通过机械运动实现触点切换，进而控制电路通断，各部件缺一不可。 环节2：结构功能对应——部件作用强化 【问题情境】“如果没有复位弹簧，电磁继电器断电后会出现什么问题？常闭触点和常开触点的‘常态’指什么状态？” 【教师活动】1．缺陷假设：①去掉复位弹簧，演示电磁铁通电吸合衔铁后，断电衔铁无法复位，讲解：“复位弹簧是‘恢复初始状态’的关键”；②标注“常态”：强调“常态即电磁铁不通电时的状态，常闭触点此时闭合，常开触点断开”； 2．表格梳理：投影“部件-作用”对应表，引导学生填充，纠正“触点状态与电磁铁磁性无关”的错误认知。 【教师总结】各部件功能相互关联，电磁铁是“控制源”，衔铁和弹簧是“传动机构”，触点是“电路开关”，共同构成控制系统。 1．环节1学习：观察教师拆解实物，对照结构图识别各部件，记录：“电磁铁、衔铁、复位弹簧、触点是核心部件”； 2．思考互动问题：“电磁铁通电会吸引衔铁向下，A-B触点断开，B-C触点闭合”，初步建立“磁性与触点状态”的关联； 3．环节2学习：①通过缺陷假设实验，理解复位弹簧的作用——“断电后让衔铁回到原位，触点恢复常态”；②明确“常态”为“电磁铁不通电”，记录常闭/常开触点的定义；③完成“部件-作用”表格，如“电磁铁：控制衔铁运动”“复位弹簧：衔铁复位”，强化记忆。 学习新课【模块二：探究工作原理——双电路的协同控制】 环节1：双电路概念引入——为什么需要两个电路？ 【问题情境】“龙门吊的工作电路是高压强流，直接用手操作开关非常危险，如何实现‘安全操作’？我们需要几个电路来分别完成‘控制’和‘工作’？” 【教师活动】1．风险对比：演示“直接触摸低压电源”和“模拟触摸高压电源”的警示实验，讲解：“高压强流电路直接操作有触电风险，需用低压弱流电路远程控制，这就需要两个电路——控制电路和工作电路”； 2．电路定义：①控制电路：由电磁继电器线圈、低压电源、开关S₁组成（低压弱流，控制端）；②工作电路：由用电器（绿灯、红灯）、高压电源、开关S₂、触点组成（高压强流，执行端）； 3．图示区分：在黑板上画出两个独立电路，标注电压、电流特点及组成部件。 【教师总结】双电路的核心是“安全隔离”，用安全的控制电路间接控制危险的工作电路，这是电磁继电器最核心的应用价值。 环节2：双电路实验——探究控制逻辑 【问题情境】“控制电路的通断会如何影响工作电路？请通过实验记录‘控制电路状态→衔铁动作→触点状态→灯泡亮灭’的对应关系。” 【教师活动】1．器材分发：每组电磁继电器、低压电源（3V）、高压电源（12V）、开关S₁/S₂、绿灯、红灯、导线若干； 2．电路连接指导：①控制电路：按“低压电源→S₁→线圈→低压电源”连接，强调“线圈电压必须匹配，避免烧毁”；②工作电路：按“高压电源→S₂→绿灯→A-B触点→红灯→B-C触点→高压电源”连接，提醒“高压电源接线时先断开开关”； 3．实验步骤：①闭合S₂，断开S₁：观察衔铁状态、触点状态、灯泡亮灭；②闭合S₁和S₂：重复观察并记录；③断开S₁，保持S₂闭合：再次观察； 4．巡视纠错：纠正“控制电路与工作电路混接”“触点接线错误”等问题，重点指导“触点状态的判断方法”。 【教师总结】双电路控制逻辑：控制电路通断→电磁铁磁性有无→衔铁运动→触点转换→工作电路切换，即“电信号→机械动作→电信号”的转化过程。 1．环节1学习：通过风险对比，理解双电路的必要性——“隔离高压，保证安全”，记录控制电路和工作电路的组成及特点； 2．环节2实验：①按指导规范连接两个电路，确保控制电路接低压、工作电路接高压；②实验记录：S₁断开、S₂闭合：衔铁复位，A-B闭合、B-C断开，绿灯亮、红灯灭；S₁闭合、S₂闭合：衔铁被吸合，A-B断开、B-C闭合，绿灯灭、红灯亮；S₁断开、S₂闭合：恢复绿灯亮、红灯灭；③小组讨论：“控制电路是‘指挥官’，工作电路是‘执行者’，触点是‘传令兵’”，梳理完整控制逻辑链； 3．纠正错误认知：“之前以为两个电路是连通的，现在知道它们完全独立，仅通过触点切换关联”。 学习新课【模块三：电磁继电器的应用与实践——从科技到生活】 环节1：核心应用场景分析 【问题情境】“除了龙门吊和排爆机器人，电磁继电器还在哪些场景发挥作用？这些场景都有什么共同特点？” 【教师活动】1．场景分类讲解：①高压危险环境：播放高压电路检修视频，讲解“操作人员通过继电器远程控制高压开关，避免触电”；②自动化设备：展示自动生产线图片，说明“继电器作为控制节点，实现机械臂动作、传送带启停的精准切换”；③特殊环境：介绍X射线透视室的“门外控制开关”，补充“继电器隔离辐射环境，保护操作人员”； 2．共性总结：引导学生归纳“应用场景均需‘安全隔离’或‘远程控制’”。 【教师总结】电磁继电器的应用核心是“延伸控制距离、隔离危险环境”，是连接人工操作与重型/危险设备的“桥梁”。 环节2：跨学科实践——设计家庭养花自动浇水装置 【问题情境】“外出时花盆缺水怎么办？如何利用电磁继电器和传感器，让装置‘自动判断、自动浇水’？” 【教师活动】1．方案逻辑讲解：①核心闭环：湿度传感器→信息处理器→电磁继电器→水泵，即“检测土壤湿度→处理信号→控制继电器通断→水泵启停”；②部件作用：湿度传感器将“湿度信号”转化为“电信号”，处理器设定湿度阈值（如湿度低于30%启动水泵）； 2．设计指导：①分组发放“简易方案设计表”，包含“部件选择、连接逻辑、工作流程”三列；②提示要点：“继电器控制水泵通断，湿度低时控制电路通电，水泵工作；湿度达标时控制电路断电，水泵停止”； 3．小组展示：邀请2组分享设计方案，点评“逻辑完整性”和“可行性”。 【教师总结】跨学科实践的核心是“将物理控制原理与生活需求结合”，电磁继电器作为控制核心，实现了“自动响应”的功能，体现了科技服务生活的价值。 环节3：例题巩固应用 【例题1】如图是车库积水自动报警器原理图，车库无积水时LED灯亮；有积水时，控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，电铃响。则电铃应安装在____位置（选填“A”或“B”），电磁铁通电时具有____性。 【教师活动】1．引导分析：①无积水时，控制电路断开，衔铁复位，A触点闭合，LED灯亮（LED接A）；②有积水时，控制电路接通，衔铁吸合，B触点闭合，电铃响（电铃接B）；③电磁铁通电具有磁性。 2．公布答案：B；磁 【例题2】自动扶梯原理图中，无人时压敏电阻R阻值大，电磁铁磁性弱，动触点与上面静触点接触，电梯缓慢运行；有人时R阻值小，电流大，磁性强，动触点与下面静触点接触，电梯加速。则电磁铁磁性强弱与____有关，动触点切换的原因是____。 【教师活动】1．引导分析：①R阻值变化导致控制电路电流变化，磁性随之变化，说明磁性与电流大小有关；②磁性强弱变化导致对衔铁的吸引力变化，超过弹簧拉力后动触点切换。2．公布答案：电流大小；电磁铁磁性强弱变化，对衔铁的吸引力改变 1．环节1学习：记录电磁继电器的应用场景及共性，理解“高压、危险、自动化”是核心应用场景； 2．环节2实践：①分组完成设计表，如“部件选择：湿度传感器、5V继电器、低压水泵；连接逻辑：传感器→处理器→继电器线圈，继电器触点→水泵→电源；工作流程：土壤干燥→传感器发信号→继电器通电→水泵浇水→湿度达标→信号停止→继电器断电→水泵停止”；②分享方案时，倾听他人意见，补充“可增加定时功能，避免浇水过量”； 3．环节3例题：①独立完成例题1，通过“无积水/有积水时触点状态”判断电铃位置，纠正“混淆LED与电铃安装位置”的错误；②完成例题2，明确“电流大小影响磁性强弱，进而改变触点状态”，强化因果链认知。 板 书 设 计 16.4 电磁继电器与自动控制 一、核心结构（部件-作用） 1．电磁铁：通电生磁吸衔铁，断电失磁（控制源） 2．衔铁+复位弹簧：传动机构（动触点载体，复位关键） 3．触点：A-B常闭（常态通），B-C常开（常态断） 二、双电路原理 1．控制电路：低压电源+S₁+线圈（安全控制端） 2．工作电路：高压电源+S₂+用电器+触点（执行端） 3．控制逻辑：通断→磁性→衔铁→触点→电路切换 三、应用与实践 1．场景：高压控制、排爆机器人、自动生产线 2．跨学科：自动浇水装置（传感器→继电器→水泵） 课 堂 小 结 作业布置 1．基础作业：完成例题1、2及课件作业题3、4，核对答案后，针对“触点状态判断错误”的题目，重新绘制控制逻辑链； 2．实践作业：①任务1：观察家中的电铃或电磁锁，记录“它工作时是否有‘触点切换’的声音，分析其是否用到电磁继电器及控制逻辑”；②任务2：完善课堂上的自动浇水装置设计方案，画出详细的部件连接草图，标注控制电路和工作电路； 3．拓展作业：查阅资料，总结“电磁继电器在智能窗帘中的应用”——如何通过继电器控制电机正反转实现窗帘开合。 【设计意图】1．基础巩固：强化双电路逻辑和触点分析，纠正常见错误； 2．实践延伸：将知识与生活结合，培养观察和设计能力； 3．拓展认知：了解电磁继电器在智能家居中的应用，深化科技服务生活的意识。 教学反思 1．成功之处：①情境导入贴近科技生活，龙门吊和排爆机器人场景有效激发学生兴趣，课堂参与度达90%以上；②实验设计聚焦核心难点，通过双电路拆解连接，让学生直观感受“低压控高压”的逻辑，例题正确率达80%；③跨学科实践环节贴合生活需求，学生设计方案的完整性和可行性较强，体现了知识迁移能力。 2．存在不足：①部分学生对“常闭/常开触点”的判断仍有混淆，约30%学生在例题中误将“常态”理解为“工作状态”；②双电路连接时，少数小组出现“控制电路接高压电源”的错误，反映出安全操作意识不足；③跨学科实践中，对“传感器与继电器的信号传递”讲解较浅，部分学生仅知部件，不知信号转化原理。 3．改进方向：①强化触点判断训练：下次课开头增加“电磁铁通断→触点状态”的快速抢答，用动画演示触点变化过程；②优化实验安全保障：提前在电源上标注“控制电路专用”“工作电路专用”，演示错误连接的警示效果，强化安全操作记忆；③深化信号转化讲解：用简化流程图展示“湿度→电信号→线圈电流→磁性”的转化过程，帮助学生理解传感器与继电器的关联。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $