16.4 电磁继电器与自动控制 教学设计-2025-2026学年沪粤版物理九年级下学期

该初中物理教学设计聚焦电磁继电器的结构、工作原理及自动控制应用，通过龙门吊、排爆机器人视频导入，联系电磁铁知识，引导学生探究“小电流控大电流”的核心逻辑，搭建从理论到应用的学习支架。 资料亮点在于情境化教学激发兴趣，实验操作（连接控制与工作电路）培养科学探究能力，跨学科实践（设计自动浇水装置）体现科学思维与社会责任，助力学生形成物理观念，为教师提供丰富教学资源，提升课堂实效。

《16.4电磁继电器与自动控制》教学设计 课题 4.电磁继电器与自动控制 单元 16 学科 物理 年级 九下 教材分析 本节内容选自沪粤版九年级下册第十六章第四节，是“电与磁”单元的重要组成部分。教材以生活中的实际应用为切入点，通过介绍电磁继电器的结构、工作原理及其在自动控制中的典型应用，帮助学生理解电磁铁如何实现“小电流控制大电流”的核心功能。教材不仅呈现了电磁继电器的基本构造和工作流程，还设置了多个探究性活动，如观察实物、连接电路、分析报警器原理等，体现了从现象到本质、从知识到应用的科学思维路径。该内容在培养学生物理观念、科学探究能力以及技术与社会关系认知方面具有重要作用，是连接电磁学理论与工程实践的关键桥梁。21世纪教育独家资源 2022新课标要求 1.了解构造与实质：知道电磁继电器是由电磁铁、衔铁、弹簧、触点等组成的；理解它实质上是一个利用电磁铁来控制工作电路通断的开关 。 2.理解工作原理：能够阐述电磁继电器是如何通过控制电路（低压）的通断来间接控制工作电路（高压）的通断的 。 3.认识应用价值：了解电磁继电器在自动化控制、远距离操作以及安全防护（如防触电、防爆）中的实际应 学习 目标与核心素养 1.物理观念 （1）能说明电磁继电器的结构及工作原理。 （2）会连接用电磁继电器进行自动控制的简单电路。 （3）了解电磁继电器在生产、生活中进行自动控制的应用 2.科学思维 （1）能基于实验现象提出“控制电路能否带动工作电路？”的合理猜想，并设计对比实验验证。 （2）能运用类比法分析电磁继电器与开关的关系，建立“自动开关”的模型思维。 3.科学探究 （1）能独立完成电磁继电器的控制电路与工作电路连接操作，记录并分析衔铁动作与触点状态变化。 （2）能根据温度报警器原理图，推导出金属丝接触后触发报警的完整过程，提升因果推理能力。 3.科学态度与责任 能意识到电磁继电器在危险环境（如爆破现场、医院透视室）中的安全保障价值，增强技术伦理意识。 学情分析 九年级学生已掌握电流的磁效应、电磁铁的基本特性及影响磁性强弱的因素，具备一定的电学基础知识。他们对生活中常见的电器设备（如电风扇、门铃、自动门）有直观体验，但缺乏对其内部控制机制的深入理解。部分学生在电路连接、开关状态判断、电流方向与磁场关系等方面仍存在思维误区。此外，抽象逻辑推理能力尚在发展中，对“控制电路”与“工作电路”之间的隔离机制理解困难。因此，在教学中应注重情境创设、实物观察与动手操作相结合，通过“任务驱动+问题链引导”方式降低认知负荷，激发探究兴趣，突破“小电流控大电流”这一关键难点。 重点 了解电磁继电器的结构和工作原理。 难点 会连接用电磁继电器进行自动控制的简单电路，并简要说明电路的工作过程。 材料准备 电磁继电器实物模型、多媒体课件、电路连接导线、小灯泡、电源、开关、滑动变阻器、土壤湿度传感器、电磁继电器、微型水泵、5V和12V直流电源、定时器、导线。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 情境导入 视频：龙门吊起重过程 视频：新型排爆机器人 思考：他们是怎么安全操控这些“大家伙”的呢？ 这就是我们今天要学习的电磁继电器与自动控制。 学生观看视频思考问题 激发学生学习的兴趣，引出本节课题 讲授新课 一、电磁继电器 1. 电磁继电器 是利用低电压、弱电流控制电路的通断，来间接地控制高电压、强电流工作电路通断的装置。 2.电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。 3.观察电磁继电器 （1）电磁继电器的构造 如图所示：由电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点、静触点线圈引出线等组成。 （2）各部件的作用 ①电磁铁:通电时产生磁性，吸引衔铁；断电时磁性消失，释放衔铁，是电磁继电器的核心驱动部件。21世纪教育独家资源 ②衔铁：连接动触点，受电磁铁吸引或弹簧拉力运动，实现触点的开闭转换。 ③复位弹簧：电磁铁断电时，提供拉力使衔铁复位，恢复初始触点状态 ④动触点：随衔铁一起运动，可与不同的静触点接触或分离，实现电路的通断切换。 ⑤静触点：固定不动，与动触点配合，分别连接控制电路和工作电路，完成电路的导通与断开。 ⑥线圈引出线：连接外部控制电路，为电磁铁提供电流，控制其通断状态。 二、用电磁继电器进行自动控制 活动2 学习使用电磁继电器 （一）电磁继电器 1.电磁继电器的工作电路和控制电路 （1）左侧为控制电路：由低压电源、开关和电磁铁组成，控制电磁铁的通断电，实现对工作电路的间接控制。​ （2）右侧为工作电路：用电器的额定电压、用电器和触点系统组成，是被控制的电路，可承载大功率、高电压的工作负载。 （3）触点A、B：常闭触点，不通电时接触。触点B、C：常开触点，通电时接触。 2.实验目的 （1）理解电磁继电器“用低电压弱电流控制高电压强电流”的工作原理。 （2）掌握电磁继电器的控制逻辑，理解控制电路与工作电路的关联。 3.实验器材 电磁继电器线圈、低压电源、开关S1 、开关S2、2个小灯泡、电源（匹配灯泡额定电压）、导线 4.实验步骤 （1）连接控制电路21世纪教育独家资源 ①根据继电器标出的“线圈额定电压”，将电源、开关S1与线圈连接起来。 ②闭合开关S1，注意观察衔铁是如何动作的，A、B触点及B、C触点的状态是如何转换的。断开开关S1，情况又怎样？ (2)连接工作电路 根据用电器(小灯泡)的额定电压，将电源、开关S2、小灯泡接入电路。闭合开关S2，观察S1断开和闭合时两灯的发光情况。 5.实验现象 （1）闭合开关S1 ，衔铁被________________运动，A、B常闭触点______，B、C常开触点_________； （2）断开S1衔铁被_________________ ，A、B常闭触点______，B、C常开触点_________。 答案：电磁铁吸引向下 断开 闭合 复位弹簧拉动复位 闭合 断开 （3）闭合S2保持S1断开：观察到绿灯_____、红灯______； （4）闭合S1：观察到绿灯_____、红灯________。 答案：亮 灭 灭 亮 思考讨论：请试着叙述一下控制电路是如何控制工作电路的？21世纪教育独家资源 参考答案：闭合控制电路中的开关S1，电流通过电磁铁的线圈产生磁性，把衔铁吸下来，B、C 触点接通，红灯亮。断开开关S1，线圈中的电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁在弹簧的作用下与电磁铁分离，使触点B、C分开，A、B触点接通，绿灯亮。 视频：电磁继电器 （二）电磁继电器的安全应用 1.高压、危险环境操作 高压电路直接操作开关危险，爆破现场、X射线透视室等场所，通过电磁继电器实现远程安全控制；电磁继电器还常用于自动化设备中。 X射线机器人 可执行爆炸物处理、侦察及营救等任务的机器人。 机器人 1.机器人组成：感知系统、机械系统、控制系统、驱动系统，控制系统核心含电磁继电器；它能根据事先设计的程序或在操作者的控制下，从事各种复杂或危险的工作。 机器人足球赛 可代替工人完成装配工作的机器人 电磁继电器的应用实例 （1）水位自动报警器原理 水位没有到达金属块A时，绿灯亮；水位到达金属块A时，红灯亮。请说明它的工作原理。 当水位没有到达金属块A时，A、B之间断路，电磁继电器中没有电流，衔铁被弹簧拉起与上面的触点接通，绿灯所在电路构成通路，绿灯亮；当水位到达金属块A时，由于水能导电，A、B之间形成通路，电磁继电器中有电流经过，衔铁被电磁铁吸下与下面的触点接通，红灯所在电路构成通路，红灯亮。 （2）温度自动报警器 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。温度升高时，水银柱上升，与上方金属丝连通，使左侧形成通路，电磁铁中有电流通过，电磁铁吸引衔铁，使触点接触，右侧电路接通，电铃发出报警信号。 跨学科实践 设计家庭养花自动浇水装置 思考：若全家外出旅游一段时间时，如何按时给花浇水?有没有自动浇花装置呢?你能自己设计一个吗？ （一）方案制定与实施21世纪教育独家资源 1.方案：利用电磁继电器和传感器，设计定时定量的自动浇水装置。 2.实施 （1）实验材料 土壤湿度传感器、电磁继电器、微型水泵、5V和12V直流电源、定时器、导线。 （2）实验原理 湿度传感器采集花盆湿度信号传到信息处理器；信息处理器根据不同花草对湿度的需求调节湿度信号；信息处理器将采集到的湿度信号传到继电器；继电器通过湿度信号控制水泵的通与断，当花盆内土壤湿度较低时水泵接通，花盆内土壤湿度较高时水泵断开，从而达到对花草自动浇水的目的。 （3）实验步骤 ①将土壤湿度传感器的引脚分别连接电源正负极，信号引脚连接继电器的信号输入端。 ②把继电器引脚接5V电源，继电器的常开接口连接微型水泵和12V电源（水泵功率大时需匹配对应电压）。 ③将定时器输出端串联在传感器与继电器的信号回路中，设定浇水间隔和单次浇水时长。 （二）成果展示与交流 1.将制作好的自动浇花装置接入盆栽进行测试，观察其能否在土壤变干时自动启动浇水。 思考讨论：如果要提升装置的适用性，你能说出可行的改进方法吗？ 参考答案：增加一个时钟模块，使其能够在特定时间段内才执行浇水任务，避免夜间浇水。还可加入太阳能电池板和小型蓄电池，使系统完全能源自给，更适合阳台使用。 思考讨论：在制作或使用过程中应注意哪些问题？ 参考答案： 所有电路连接必须在断电情况下进行，防止短路烧毁元件。 水泵不能长时间空转，以免损坏电机。 注意电源的电压与电流必须与水泵和工作模块的要求匹配。 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”； 了解记忆各部件的作用 学生认识电磁继电器的双电路知道它们的组成以及作用 学生聆听实验目的、器材实验步骤并观察实验现象 学生记录实验现象 阅读课文观看视频了解电磁继电器的安全应用 阅读课文观看视频了解现代的科技 学生理解水位自动报警器原理和温度自动报警器 学生动手操纵设计家庭养花自动浇水装置 锻炼学生的观察能力，并为进一步学习打下基础 锻炼学生的理解能力以及逻辑思维能力 为学习使用电磁继电器打下基础 锻炼学生的观察记忆，以及逻辑思维能力 锻炼学生的逻辑思维能力 锻炼学生的自主学习能力激发学生学习的热情 拓展学生的知识面，能意识到电磁继电器在危险环境（如爆破现场、医院透视室）中的安全保障价值，增强技术伦理意识。 锻炼学生分析问题解决问题的能力 锻炼学生的动手能力，体会科技与生活紧密相连 课堂练习 1．下图是一种水位自动报警器原理图，关于它的工作原理，下列说法正确的是（　　） A．水位升高到金属块A时，绿灯亮 B．水位升高到金属块A时，电磁铁通电 C．水位没有到达金属块A时，电磁铁上端为N极 D．为使报警器在更低的水位能报警，可以下降B的高度 【答案】B 【详解】先看AB．水位升高到金属块A时，控制电路接通，电磁铁产生磁性，衔铁被吸下，红灯亮，故A错误，B正确； C．水位没有到达金属块A时，控制电路断路，电磁铁无磁性，故C错误； D．金属块A比金属块B位置高，因此金属块A的位置为报警水位，为使报警器在更低的水位能报警，应下降金属块A的高度，故D错误。 故选B。 2.如图是小明设计的检测汽车尾气浓度的电路图，电源电压恒定，为定值电阻，气敏电阻的阻值随尾气浓度的增大而减小，当尾气浓度高于某一设定值时，电铃（图中未画出）报警。下列判断正确的是（　　） A．电磁铁的上端为S极 B．尾气浓度增大时，电磁铁磁性减弱 C．该电路利用了电磁感应原理工作 D．电铃应该安装在接线柱CD之间 【答案】D 【详解】A．由安培定则可知电磁铁的上端为N极，故A错误； B．控制电路中，尾气浓度高于某一设定值时，气敏电阻的阻值变小，电磁铁线圈电流变大磁性增强，故B错误； C．图中应用的是电磁铁，电磁铁是根据电流的磁效应原理工作的，电磁感应原理是发电机的原理，故C错误； D．当尾气浓度增大时，衔铁被吸下，电铃响起，电铃应该安装在接线柱CD之间，故D正确。 故选D。 3.如图所示，虚线框内是电磁继电器，其中A是 。当开关S断开时灯 亮，开关S闭合时灯 亮。 【答案】 电磁铁 【详解】[1]电磁继电器的核心部件是电磁铁（图中A为线圈绕制的电磁铁），通电时产生磁性，控制触点通断。 [2]开关S断开时，线圈中没有电流，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧作用下复位，此时L1所在电路接通，故L1亮。 [3]开关S闭合时，线圈中有电流，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使L2所在电路接通，故L2亮。 课堂小结 电磁继电器与自动控制 1.利用低电压、弱电流控制电路的通断，来间接地控制高电压、强电流工作电路通断的装置。 2.核心结构：由电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点、静触点线圈引出线等组成。 3.电磁继电器由工作电路和控制电路组成 4.电磁继电器的工作原理 5.应用：高压、危险环境操作以及自动化设备。 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解 板书 电磁继电器与自动控制 一、电磁继电器 1.电磁继电器利用低电压、弱电流控制电路的通断，来间接地控制高电压、强电流工作电路通断的装置。 2.电磁继电器实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。 3.观察电磁继电器 （1）由电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点、静触点线圈引出线等组成。 （2）各部件的作用 二、用电磁继电器进行自动控制 1.学习使用电磁继电器 (1)电磁继电器的工作电路和控制电路 (2)电磁继电器的工作原理 2.电磁继电器的安全应用 三、设计家庭养花自动浇水装置 课外拓展 /课外阅读内容 《趣味物理实验》（别莱利曼 著） 经典科普读物，从趣味实验角度切入电磁控制知识，用生活化的案例解释“低压控制高压”的核心逻辑，可读性强。 特色资源分析和技术手段说明 生活实物资源：废旧饮水机的电磁继电器、温控组件、声光控开关拆解件，让学生直观观察热敏电阻、的实际结构，感受“理论源于生活”的物理本质。 教学反思 通过“生活实例+实验演示”的组合，学生能快速掌握电磁继电器的基本构造和工作原理，课堂参与度较高；​但部分学生对“控制电路的电流变化如何影响工作电路”的逻辑链条理解不深入，尤其在分析中考综合应用题时，难以快速区分两电路的电压、电阻关系；实物实验中，学生存在电路连接不规范、继电器触点接触不良等问题，且动手操作时间分配不足，导致部分学生未能完成完整实验流程；理论联系实际的深度不够，对生活中复杂自动控制装置的拆解分析较少。增加分层实验任务，基础层侧重电路连接与现象观察，提高层侧重条件改变（如调整滑动变阻器阻值）后的现象分析；利用微课视频预习电路连接步骤，减少课堂操作失误；引入更多生活实物拆解活动，结合中考真题强化“原理→应用”的思维转化；成立兴趣小组，开展复杂报警器制作项目，延伸课后探究深度。 学科网（北京）股份有限公司 $