第二十章《电与磁》第3节《电磁铁 电磁继电器》讲义 ---2025-2026学年人教版物理九年级

本初中物理讲义围绕“电磁铁 电磁继电器”主题，系统梳理电磁铁的构造（线圈+铁芯）、工作原理（电流的磁效应）及磁性强弱影响因素（电流大小、线圈匝数、有无铁芯），衔接电磁继电器的结构（控制电路与工作电路）、“低压控高压”工作逻辑及实际应用（如电铃、漏电保护器），并配套思维导图辅助知识结构化，为学生搭建完整的学习支架。 资料以物理观念和科学思维培养为核心，通过控制变量法探究电磁铁磁性强弱（如调节电流、改变匝数观察吸铁钉数量），结合典例变式强化模型建构与科学推理能力。课中助力教师突出重点（如电磁铁特点、继电器电路分析），课后通过多样化巩固训练（实验设计、应用判断）帮助学生查漏补缺，提升运用“电生磁→磁控电”相互作用观念解决实际问题的科学探究能力。

第 3 节 电磁铁 电磁继电器 目录​ 【学习目标】​ 【重点难点】​ 【思维导图】​ 【知识梳理】​ 知识点 1：电磁铁的构造与工作原理​ 知识点 2：电磁铁磁性强弱的影响因素​ 知识点 3：电磁继电器的结构与工作原理​ 知识点 4：电磁铁与电磁继电器的实际应用​ 【方法技巧】​ 方法技巧 1：电磁铁磁性强弱的探究实验设计技巧​ 方法技巧 2：电磁继电器工作电路的分析步骤​ 【巩固训练】​ 【学习目标】​ 分类​ 具体要求​ 核心概念​ 1. 掌握电磁铁的构造、工作原理及核心特点； 2. 理解电磁继电器的结构组成，明确其 “低压控高压” 的工作逻辑； 3. 熟记电磁铁磁性强弱的影响因素，知道电磁继电器的实际应用场景。​ 能力素养​ 1. 能区分电磁铁与永磁体的差异，解释电磁铁 “可控性” 的本质； 2. 能分析电磁继电器的控制电路与工作电路，梳理 “电生磁→磁控电” 的逻辑链； 3. 能结合实例判断电磁铁磁性强弱的变化，解决电磁继电器的实际应用问题； 4. 能设计简单实验探究电磁铁磁性强弱的影响因素，运用控制变量法分析实验数据。​ 【重点难点】​ 重点：​ 1.电磁铁的构造（线圈 + 铁芯）、工作原理（电流的磁效应）及特点（磁性可控、磁极可改、强弱可调）；​ 2.电磁继电器的结构（控制电路、工作电路、衔铁、触点）与工作过程；​ 3.电磁铁磁性强弱的影响因素（电流大小、线圈匝数、有无铁芯）。​ 难点：​ 1.理解电磁继电器中 “控制电路” 与 “工作电路” 的隔离与联动关系；​ 2.运用控制变量法探究电磁铁磁性强弱的影响因素，并进行实验设计与分析；​ 3.结合实际场景（如电磁继电器控制电动机、电铃），解释电磁铁的应用逻辑。​ 【思维导图】​ ​ 【知识梳理】​ 知识点 1：电磁铁的构造与工作原理​ 1.构造：由线圈和铁芯组成（铁芯通常选用软铁，因其磁化后磁性易消失，断电后电磁铁无残留磁性；硬磁体磁化后磁性不易消失，无法实现 “断电无磁”，故不适用）。​ 2.工作原理：利用电流的磁效应（电生磁）。通电时，线圈产生磁场，铁芯被磁化，磁场显著增强；断电时，电流消失，线圈磁场消失，铁芯磁性也随之消失，电磁铁恢复无磁状态。​ 3.核心特点：​ 磁性可控制：通电有磁、断电无磁（通过开关直接控制）；​ 磁极可改变：仅改变线圈中的电流方向，即可反转磁极（与通电螺线管一致）；​ 磁性强弱可调节：通过改变电流大小或线圈匝数，灵活调节磁性强弱（插入铁芯可显著增强磁性）。​ 典例 1 关于电磁铁的构造和原理，下列说法正确的是（　　）​ A．电磁铁的铁芯可以用铜芯代替​ B．电磁铁的磁性强弱与电流方向有关​ C．电磁铁断电后仍有磁性​ D．电磁铁的核心部件是线圈和铁芯​ 【答案】D​ 【详解】A．铜芯不能被磁化，无法增强磁场，不能代替铁芯，故 A 错误；B．电流方向影响磁极方向，不影响磁性强弱，故 B 错误；C．电磁铁的铁芯是软铁，断电后磁性立即消失，故 C 错误；D．电磁铁由线圈和铁芯组成，核心部件为两者，故 D 正确。故选 D。​ 变式 1 电磁铁与永磁体相比，最突出的优势是______（写出一点即可）；若要改变电磁铁的磁极，可采取的方法是______。​ 【答案】磁性可控制（或 “磁极可改变”“磁性强弱可调节”）；改变电流方向​ 【详解】电磁铁的核心优势是 “可控性”，区别于永磁体磁性固定的特点；磁极方向由电流方向决定，改变电流方向即可反转磁极。​ 知识点 2：电磁铁磁性强弱的影响因素​ 1.影响因素及规律（控制变量法）：​ 因素 1：电流大小（线圈匝数、有无铁芯不变）→ 电流越大，磁性越强（如串联滑动变阻器，滑片移动改变电流，吸引铁钉数量变化）；​ 因素 2：线圈匝数（电流大小、有无铁芯不变）→ 匝数越多，磁性越强（如相同电流下，50 匝线圈比 30 匝线圈吸引铁钉更多）；​ 因素 3：有无铁芯（电流大小、线圈匝数不变）→ 插入铁芯后，磁性显著增强（铁芯被磁化，与线圈磁场叠加，磁性远超无铁芯时）。​ 2.实际应用：电磁铁起重机通过调节电流大小控制磁性强弱，实现 “吸起轻重不同的钢铁材料”；电铃通过固定匝数和电流，保证稳定的磁性吸合衔铁。​ 典例 2 某同学探究 “电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系”，下列实验设计正确的是（　　）​ A．用同一线圈，改变电流大小​ B．用不同匝数的线圈，保持电流大小相同​ C．用不同匝数的线圈，改变电流大小​ D．用同一线圈，保持电流大小相同​ 【答案】B​ 【详解】探究磁性强弱与线圈匝数的关系，需控制电流大小、有无铁芯不变，仅改变匝数，符合控制变量法要求。故选 B。​ 变式 2 某同学连接如图所示电路研究电磁铁的磁性，为了让铁钉吸引大头针的数目增多，以下措施中可 行的______ A．将滑片向左端滑动                B．将滑片向右端滑动 C．减少铁钉上所绕线圈的匝数         D．去掉一节干电池 说明理由：______。 【答案】B；当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电阻减小，由欧姆定律可知电路中电流将增大，则螺线管的磁性增加，故吸引大头针的数目将增加。 ①要知道电磁铁磁性的强弱是看不见的，通过电磁铁吸引大头针的数量可以间接知道电磁铁磁性的强弱，这就是转换法。使电磁铁吸引大头针的数目增多，也就是使其磁性增强。 ②影响电磁铁磁性强弱的因素：电流的大小和线圈匝数的多少。 【详解】A、将滑片向左端滑动，滑动变阻器接入电阻变大，由欧姆定律可知电路中电流将减小，则螺线管的磁性减弱，故吸引大头针的数目将减少，不符合题意； B、当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电阻减小，由欧姆定律可知电路中电流将增大，则螺线管的磁性增加，故吸引大头针的数目将增加，符合题意； C、减少铁钉上所绕线圈的匝数，则螺线管的磁性减弱，故吸引大头针的数目将减少，不符合题意； D、去掉一节干电池后，电路中的电流减小，则螺线管的磁性减弱，故吸引大头针的数目将减少，不符合题意； 知识点 3：电磁继电器的结构与工作原理​ 1.结构组成（分两大电路）：​ 控制电路：由低电压电源、开关、电磁铁组成（电流小、电压低，安全易控制）；​ 工作电路：由高电压电源、用电器（如电动机、灯泡）、触点（静触点、动触点）组成（电流大、电压高，可驱动大功率设备）；​ 辅助部件：衔铁（被电磁铁吸引，带动触点运动）、弹簧（断电后使衔铁复位，断开工作电路）。​ 2.工作过程（“低压控高压” 逻辑）：​ 控制电路接通（开关闭合）→ 电磁铁产生磁性→ 吸引衔铁→ 动触点与静触点接触→ 工作电路接通→ 用电器工作；​ 控制电路断开（开关断开）→ 电磁铁失去磁性→ 衔铁在弹簧作用下复位→ 动触点与静触点分离→ 工作电路断开→ 用电器停止工作。​ 3.核心作用：​ 安全控制：避免人体直接接触高压电路，保障操作安全；​ 远距离控制：通过控制电路的开关，远距离控制工作电路的通断；​ 自动控制：结合传感器（如温度、光、压力传感器），实现自动触发（如火灾报警器中，温度升高使控制电路接通，电磁继电器启动报警装置）。​ 典例 3 关于电磁继电器的工作过程，下列说法正确的是（　　）​ A．控制电路接通时，衔铁被弹簧吸引​ B．工作电路的通断由控制电路的电流控制​ C．控制电路的电压必须与工作电路的电压相同​ D．电磁继电器的核心部件是用电器​ 【答案】B​ 【详解】A．控制电路接通时，衔铁被电磁铁吸引，而非弹簧，故 A 错误；B．工作电路的通断由电磁铁的磁性变化控制，而电磁铁的磁性由控制电路的电流决定，故 B 正确；C．控制电路电压低，工作电路电压高，通常不同，故 C 错误；D．电磁继电器的核心部件是电磁铁，本质是 “用电磁铁控制的开关”，故 D 错误。故选 B。​ 变式 3 电磁继电器常用于自动控制电路，如图是其简化电路图，下列说法正确的是（　　）​ A．当控制电路开关 S 闭合时，工作电路断开​ B．控制电路的电流大小不影响电磁铁的磁性​ C．工作电路的通断由电磁铁的磁性变化决定​ D．电磁继电器只能控制电动机，不能控制其他用电器​ 【答案】C​ 【详解】A．开关 S 闭合时，电磁铁有磁性，吸引衔铁，工作电路接通，故 A 错误；B．控制电路电流越大，电磁铁磁性越强，故 B 错误；C．电磁铁磁性有无决定衔铁运动，进而控制工作电路通断，故 C 正确；D．电磁继电器可控制任何用电器（如灯泡、加热器），并非仅电动机，故 D 错误。故选 C。​ 知识点 4：电磁铁与电磁继电器的实际应用​ 1.电磁铁的应用：​ 电磁铁起重机：工厂搬运钢铁材料，通电吸起、断电放下，可通过调节电流控制承重；​ 电铃：利用电磁铁 “通电吸合、断电复位” 的特点，带动铃锤反复敲击铃碗发声；​ 电磁选矿机：利用电磁铁吸引铁磁性矿石，实现矿石与杂质的分离；​ 核磁共振仪：核心部件是强电磁铁，产生稳定磁场用于医疗检测。​ 2.电磁继电器的应用：​ 家庭电路中的漏电保护器：检测到漏电时，控制电路接通，电磁继电器切断主电路；​ 自动灭火装置：火灾时温度升高，控制电路中的热敏电阻阻值变化，接通控制电路，电磁继电器启动喷水装置；​ 远距离控制电动机：如工厂车间中，工人通过低压开关控制电磁继电器，进而控制大功率电动机的启停。​ 典例 4 下列设备中，利用电磁铁工作的是（　　）​ A．指南针 B．永磁体 C．电铃 D．滑动变阻器​ 【答案】C​ 【详解】A．指南针利用永磁体的指向性，故 A 错误；B．永磁体本身具有磁性，与电磁铁无关，故 B 错误；C．电铃利用电磁铁 “通电有磁、断电无磁” 的特点工作，故 C 正确；D．滑动变阻器利用改变电阻丝长度改变电阻，与电磁铁无关，故 D 错误。故选 C。​ 【方法技巧】​ 方法技巧 1：电磁铁磁性强弱的探究实验设计技巧​ 1.控制变量法的精准应用：​ 探究 “电流大小的影响”：​ 控制变量：线圈匝数、铁芯（插入状态不变）；​ 改变变量：通过滑动变阻器或更换不同电压电源改变电流；​ 观察指标：吸引大头针 / 铁钉的数量（数量越多，磁性越强）。​ 探究 “线圈匝数的影响”：​ 控制变量：电流大小（滑动变阻器阻值不变）、铁芯（插入状态不变）；​ 改变变量：更换匝数不同的线圈（如 20 匝、40 匝、60 匝）；​ 观察指标：吸引大头针 / 铁钉的数量。​ 探究 “有无铁芯的影响”：​ 控制变量：线圈匝数、电流大小（不变）；​ 改变变量：插入铁芯 vs 取出铁芯；​ 观察指标：吸引大头针 / 铁钉的数量。​ 2.实验误差分析：​ 若吸引铁钉数量差异不明显，可能是电流太小、线圈匝数过少，或铁芯接触不良；​ 需确保线圈绕向一致，避免因绕向不同影响磁场叠加。​ 方法技巧 2：电磁继电器工作电路的分析步骤​ 1.区分电路类型：​ 找控制电路：包含 “低电压电源、开关、电磁铁”，电流路径短、元件少；​ 找工作电路：包含 “高电压电源、用电器、触点”，电流路径长、功率大。​ 2.梳理工作逻辑：​ 开关闭合（控制电路通）→ 电磁铁有磁→ 吸衔铁→ 触点闭合→ 工作电路通→ 用电器工作；​ 开关断开（控制电路断）→ 电磁铁无磁→ 衔铁复位→ 触点断开→ 工作电路断→ 用电器停止。​ 3.易错点提醒：​ 不要混淆 “控制电路” 和 “工作电路” 的电源电压（控制电路低电压，工作电路高电压）；​ 触点分为 “常开触点”（断电时断开，通电时闭合）和 “常闭触点”（断电时闭合，通电时断开），需根据题意判断类型。​ 【巩固训练】​ 1.电磁铁的工作原理是（　　）​ A．电磁感应现象 B．电流的磁效应 C．磁极间的相互作用 D．通电导体在磁场中受力运动​ 【答案】B​ 【详解】电磁铁利用电流的磁效应产生磁场，电磁感应现象是磁生电，通电导体在磁场中受力是电动机原理，均与电磁铁无关。故选 B。​ 2.影响电磁铁磁性强弱的因素有______、 和 。​ 【答案】电流大小；线圈匝数；有无铁芯​ 【详解】电磁铁磁性强弱由电流大小、线圈匝数和有无铁芯共同决定，三者均可通过实验验证。​ 3.电磁继电器的控制电路中，核心元件是______，工作电路的通断由______的磁性变化控制。​ 【答案】电磁铁；电磁铁​ 【详解】电磁继电器的核心是电磁铁，通过控制电路的电流控制电磁铁磁性有无，进而控制工作电路通断。​ 4.为了增强电磁铁的磁性，下列措施可行的是（　　）​ A．减小线圈中的电流 B．增加线圈匝数 C．取出铁芯 D．改变电流方向​ 【答案】B​ 【详解】A．减小电流会减弱磁性，故 A 错误；B．增加匝数会增强磁性，故 B 正确；C．取出铁芯会减弱磁性，故 C 错误；D．改变电流方向改变磁极，不改变磁性强弱，故 D 错误。故选 B。​ 5.某同学设计实验探究 “电磁铁磁性强弱与电流大小的关系”，他应选择的器材是（　　）​ A．不同匝数的线圈、电源、开关、铁钉​ B．同一线圈、电源、开关、滑动变阻器、铁钉​ C．不同匝数的线圈、电源、开关、滑动变阻器​ D．同一线圈、电源、开关、铁钉、电流表​ 【答案】B​ 【详解】探究电流大小的影响，需控制线圈匝数和铁芯不变，滑动变阻器用于改变电流，符合控制变量法。故选 B。​ 6.如图所示的自动控制电路中，当控制电路的开关S闭合时，电磁铁 （选填“有”或“无”）磁性，工作电路中的电铃  （选填“响”或“不响”）。 【答案】①有    ② 响 【详解】[1][2]由图可知，左侧为控制电路，右侧为工作电路；当开关S闭合时，控制电路接通，电流通过电磁铁，电磁铁有磁性，吸引衔铁，将动触点与下方静触点接触，使电铃所在电路接通，电铃响灯不亮。 7.电磁铁与永磁体相比，其优势是______（写出两点即可）。​ 【答案】磁性可控制（通电有磁、断电无磁）；磁性强弱可调节（或 “磁极可改变”）​ 【详解】电磁铁的核心优势是 “可控性”，区别于永磁体磁性固定、不可调节的特点。​ 8.关于电磁继电器的应用，下列说法错误的是（　　）​ A．可实现远距离控制大功率设备​ B．可保障人体接触高压电路的安全​ C．可结合传感器实现自动控制​ D．控制电路和工作电路必须使用相同电压的电源​ 【答案】D​ 【详解】控制电路用低电压，工作电路用高电压，无需相同电压，故 D 错误。故选 D。​ 9.小华为探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系，设计了如下实验：用相同的漆包线在相同的铁钉上绕制成两个电磁铁，它们的线圈匝数不同．用同一个电源分别通电，看到的实验现象如图所示．小华根据实验现象得出结论：“电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强”． 该实验能得出这个结论吗？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；为什么？ 　　　　　　　　　　　　　   【答案】①不能    ②因为通过两个电磁铁线圈的电流不相等 【详解】用相同的漆包线在相同的铁钉上绕制成两个电磁铁，铁芯相同，它们的线圈匝数不同，同时用同一电源分别通电，通过两个电磁铁线圈的电流不相等，不能探究电磁铁磁性强弱跟匝数的关系． 10.电磁继电器在火灾报警器中应用广泛：当火灾发生时，温度升高使控制电路中的热敏电阻阻值减小，控制电路中的电流______（选填 “增大” 或 “减小”），电磁铁磁性______（选填 “增强” 或 “减弱”），吸引衔铁，工作电路接通，报警装置发声报警。​ 【答案】增大；增强​ 【详解】热敏电阻阻值减小，控制电路总电阻减小，电流增大，电磁铁磁性增强，触发报警。​ 11.下列设备中，利用电磁继电器工作的是（　　）​ A．电铃 B．电磁铁起重机 C．漏电保护器 D．指南针​ 【答案】C​ 【详解】A．电铃直接利用电磁铁，无电磁继电器的 “双电路控制”，故 A 错误；B．电磁铁起重机直接利用电磁铁，故 B 错误；C．漏电保护器利用电磁继电器控制主电路通断，故 C 正确；D．指南针利用永磁体，故 D 错误。故选 C。​ 12.阅读短文，回答问题。​ 电磁继电器在智能家居中的应用​ 随着科技发展，电磁继电器已广泛应用于智能家居系统。例如，智能窗帘的控制：当光照传感器检测到光线强度达到设定值时，控制电路中的开关自动闭合，低电压控制电路接通，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，带动工作电路中的触点闭合，电动机启动，驱动窗帘自动关闭；当光线强度减弱时，控制电路开关断开，电磁铁失去磁性，衔铁复位，工作电路断开，窗帘停止运动。此外，智能门锁、自动洒水器等设备也利用了电磁继电器 “低压控高压” 的特点，实现安全、自动的控制。​ （1）电磁继电器的核心部件是______；​ （2）智能窗帘控制中，控制电路的电源是______（选填 “低电压” 或 “高电压”）电源；​ （3）当光线强度达到设定值时，电磁铁______磁性，工作电路______（选填 “接通” 或 “断开”）。​ 【答案】（1）电磁铁；（2）低电压；（3）产生；接通​ 【详解】（1）电磁继电器的核心是电磁铁，通过其磁性变化控制工作电路；（2）控制电路使用低电压，保障安全；（3）光线达标时，控制电路接通，电磁铁产生磁性，工作电路接通，窗帘关闭。 9 学科网（北京）股份有限公司 $