16.4 电磁继电器与自动控制（导学案）物理新教材沪粤版九年级下册

第4节 电磁继电器与自动控制 （导学案） 【学习目标】 1.了解电磁继电器的构造，能识别其主要部件。 2.理解电磁继电器的工作原理，知道它是如何利用低电压、弱电流控制高电压、强电流的。 3.了解电磁继电器在自动控制和远程操作中的应用，能分析简单的自动控制电路。 【学习重点】 电磁继电器的结构、工作原理及其应用。 【学习难点】 分析电磁继电器的工作过程，理解控制电路对工作电路的控制逻辑；设计简单的自动控制电路。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 电磁继电器的构造 观察电磁继电器实物或结构示意图，填写下列部件名称及作用： 电磁铁：由 线圈 和 铁芯 组成，通电时产生 磁性 ，断电时 磁性 消失。 衔铁：被电磁铁吸引的可动铁片。 弹簧：当电磁铁失去 磁性 时，将衔铁拉回原位。 触点：包括静触点和动触点，相当于工作电路中的 开关 。 2. 电路组成 电磁继电器涉及两个独立的电路： 控制 电路：由 低压 电源、开关、电磁铁线圈组成。 工作 电路：由 高压 电源、用电器（如电动机、电铃）、触点组成。 【课堂探究】 探究一、电磁继电器的工作原理 【思考与讨论】 当控制电路的开关闭合时，电磁铁是否有磁性？衔铁会发生什么运动？触点状态如何变化？ 当控制电路的开关断开时，情况又如何？ 【原理总结】 闭合开关：控制电路接通 电磁铁产生 磁性 吸引 衔铁 动触点与静触点接触（或分离，视具体结构而定） 工作 电路接通（或断开）。 断开开关：控制电路断开 电磁铁失去 磁性 弹簧 将衔铁拉回 动触点复位 工作 电路断开（或接通）。 【核心优势】 利用 低电压 、 弱电流 的控制电路，来控制 高电压 、 强电流 的工作电路，实现安全操作和远程控制。 【例题1】 如图所示为一种温度报警器的原理图，为热敏电阻，其温度升高时电阻变小。当温度升高时，通过电磁铁的电流________，电磁铁的磁性增强，当衔铁被吸下时________灯亮，发出报警信号。 【答案】 变大 红 【详解】由欧姆定律可知，控制电路电源电压不变，温度升高时总电阻减小，故通过电磁铁的电流变大；电流变大时，电磁铁的磁性增强，当衔铁被吸下时，红灯所在的工作电路接通，故红灯亮。 探究二、电磁继电器的应用 案例1：温度自动报警器 装置描述：水银温度计中插入金属丝，当温度升高到设定值时，水银柱上升接触金属丝。 工作过程分析： 温度升高 水银柱上升接触 金属丝 控制 电路接通。 电磁铁产生 磁性 吸引 衔铁 。 动触点与下方静触点接触 灯所在的工作电路接通。 灯亮，发出报警信号。 案例2：水位自动报警器 装置描述：容器内设有两个金属探针A和B，A位于高水位，B位于低水位。 逻辑分析： 当水位未到达A时， 控制 电路断开，绿灯亮。 当水位到达A时，水导电使 控制 电路接通，电磁铁吸下衔铁，红灯亮。 【例题2】 如图所示是电梯自动控制系统电路图，地板装的R是压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。当有人站上电梯时，控制电路中的电流____________（选填“变大”、“不变”或“变小”），电磁铁的上端为____________（选填“N极”或“S极”），此时电梯的电动机M____________。（选填“快行”或“慢行”） 【答案】 变大 N极 快行 【详解】因压敏电阻阻值随压力增大而减小，有人站上电梯时R阻值变小，控制电路电压不变，由可知，控制电路电流变大。 用安培定则（右手螺旋定则）：右手握住螺线管，四指指向控制电路中电流的环绕方向（电流从电磁铁下端流入、上端流出），大拇指指向电磁铁的上端，因此电磁铁的上端为N极。 有人时控制电路电流变大，电磁铁磁性增强，吸引衔铁向下与触点2接触，此时工作电路中的定值电阻被断路，电动机直接接在电源两端，电压更大，转速更快，因此电动机快行。 【归纳整理】 第4节 电磁继电器与自动控制 【课堂练习】 1．如图是一种温度自动报警器的示意图，在温度计里封入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指温度时，电铃响起，发出报警信号，下列说法不正确的是（     ） A．衔铁可用铜片代替 B．该温度计相当于控制电磁铁的开关 C．温度计的测温液具有热胀冷缩的性质 D．通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强 【答案】A 【详解】A．电磁铁只能吸引铁、钴、镍这类物质；铜不能被电磁铁吸引，所以衔铁不能用铜片代替，故A错误； B．温度升高，测温液体上升接触金属丝，左侧控制电路接通；温度下降，电路断开，所以温度计相当于控制电磁铁的开关，故B正确； C．该温度计的测温液依靠热胀冷缩的性质，随温度变化升降来触发控制电路，故C正确； D．电磁铁磁性强弱和电流大小有关，线圈匝数不变时，电流越大，磁性越强，故D正确。 本题选错误的，故选A。 2．如图所示是某款“照明灯”的电路。其控制电路中，为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。闭合开关S，电磁铁的上端为________极。白天光照强，的阻值较________（选填“大”或“小”），电路中电流较大，衔铁被吸下，灯L将________（选填“发光”或“不发光”）。 【答案】 N 小 不发光 【详解】根据右手螺旋定则，将右手握住螺线管，四指指向电流方向（电流从电磁铁上端流入、下端流出），大拇指指向上端（N极），因此电磁铁上端为N（北）极； 由题意知，白天光照强，电流较大，而电源电压不变，根据欧姆定律可知，总电阻较小，定值电阻不变，因此光敏电阻阻值较小； 当衔铁被吸下后，受控的照明灯电路断开，电路没有接通，因此灯L不发光，符合白天照明灯不需要工作的特点。 3．如图是一款具有加热和理疗功能的足浴盆的简化电路图，其中所有电源电压恒定，温控电阻置于温度检测区域，其阻值随温度升高而升高。水温达到设定温度时衔铁弹起。电磁铁工作时，其上端为___________极，若将足浴盆的设定温度调高，则需___________（写出一种方法即可） 【答案】 N 减小滑动变阻器R2​接入电路的阻值 【详解】由图可知，控制电路中电流从电磁铁上端流入、下端流出；根据安培定则：右手握住螺线管，四指顺着电流方向，大拇指指向螺线管上端，因此电磁铁上端为N（北）极。 已知R3阻值随温度升高而增大，设定温度调高后，达到设定温度时R3的阻值比原设定温度更大；衔铁弹起时电磁铁磁性减弱到临界值，控制电路的电流大小不变，电源电压恒定，根据欧姆定律，控制电路总电阻需要保持不变，因此需要减小滑动变阻器R2接入电路的阻值。 4．如图是一种水位自动报警器的原理图（纯净的水是不导电的，但一般的水都能导电）。当水位没有达到金属块A时，绿灯处于___________路状态。当水位达到金属块A，电磁铁吸引衔铁落下，水位自动报警，电磁铁上端是___________（选填“N极”或“S极”） 【答案】 通 S极 【详解】当水位没有达到金属块A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，绿灯处于通路状态。 当水位达到金属块A，电磁铁吸引衔铁落下，水位自动报警，电流从电磁铁的下端流入，由安培定则可知电磁铁的下端是N极，上端是S极。 5．暴雨后立交桥下积水较深很不安全，物理学习小组为此设计了一个积水自动报警器，其原理图如图所示。此装置中用到了电磁继电器，它是利用电流的________效应工作的，图中A、B位置可以安装电铃或LED灯，要求地面没有积水时，LED灯亮，地面积水较深时，电铃响。根据设计要求，电铃应该安装在图中的________（填“A”或“B”）位置。 【答案】 磁 B 【详解】电磁继电器的核心部件是电磁铁，通电时产生磁性吸引衔铁，断电时磁性消失，这是利用了电流的磁效应。 当地面积水较深时，左侧控制电路接通，电磁铁产生磁性吸下衔铁，使动触点与下方的静触点接触，此时工作电路中 位置被接通，根据题意此时电铃响，说明电铃应安装在 位置。 6．电磁继电器可以实现低压控制高压，它在电路中的作用相当于（     ） A．开关 B．电源 C．导线 D．用电器 【答案】A 【详解】电磁继电器的主要构成是电磁铁，通过电磁铁磁性强弱变化，把衔铁吸合或释放，实现工作电路的通断，可以实现低电压、弱电流控制高电压、强电流，它的作用相当于工作电路中的开关。 故选A。 7．电梯超载报警装置的工作原理如图所示，为保护电阻，为压敏电阻。均闭合，人员超载时，电梯内报警装置会发出电铃声音进行提示。电磁铁的上端为________极，电梯超载时，的阻值________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 S 变小 【详解】由图可知，电磁铁线圈的电流从下端流入，上端流出，用右手握住电磁铁，四指指向电流方向，大拇指指向下端，因此下端为N极，上端为S极。 电梯超载时，控制电路需要有足够大的电流，让电磁铁磁性增强，把衔铁吸下来，使触点K从A切换到B，接通报警电路，电铃响。 电磁铁磁性增强，说明控制电路中的电流变大。 控制电路的电源电压不变，根据欧姆定律，电流变大说明电路总电阻变小。 保护电阻R的阻值不变，所以只能是压敏电阻R0的阻值变小。 8．如图，为某大桥设计一个车辆超重的报警装置，当路面压力达到设定值时，压力传感器就接通电路。要求车辆超重时，信号灯就发光，请在图中连好电路。 【答案】 【详解】根据题意知道，这是一个电磁继电器的工作原理图，左侧与电磁铁连接的为控制电路，右侧与信号灯连接的为工作电路，压力传感器、电磁铁、电源组成控制电路；信号灯、电源、触点开关组成工作电路。 9．在跨学科实践活动中，小明为某仓库设计了温度报警电路。为定值电阻、为热敏电阻，其阻值随温度的升高而变小。温度正常时指示灯L发光，当温度升高到报警温度时，指示灯熄灭，蜂鸣器报警。下列设计电路正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】AD．当温度升高到报警温度时，R2阻值随温度的升高而减小，根据可知，电流会变大，衔铁将被吸下，指示灯熄灭，蜂鸣器报警，故A错误，D正确； B．控制电路中L与R1并联，无论温度高低，L都发光，无法实现“温度高熄灭”，故B错误； C．指示灯在工作电路的干路上，无论衔铁是否吸下，不会熄灭，故C错误。 故选D。 10．【探究名称】设计“红色文化”自动讲解装置的电路 为让学生更了解“红色文化”学校准备在宣传栏增设一个自动感应讲解装置。当参观者靠近时，自动播放红色故事：人离开后，自动停止。 【项目任务】利用电磁继电器、电源、光敏电阻R（其阻值随光照强度的增大而减小）、指示灯L等器材，设计一个自动控制电路。要求：光线较暗（模拟有人靠近遮挡光线）时，工作电路接通，指示灯L亮，播放讲解 （用播放器的符号表示）；光线较亮时，工作电路断开指示灯L 灭，停止播放。 【设计规划】 (1)请在虚线框内完成工作电路的设计。 (2)控制电路中，电磁继电器相当于一个由___________控制的开关，当电路中有电流通过时电磁铁___________端为N极。光敏电阻R在此电路中的作用相当于一个受___________影响的传感器。 (3)调试过程中发现，光线稍亮时，装置就开始工作，说明触发灵敏度太高。为了使装置在光线更暗时才被触发，可以___________（选填“增大”或“减小”）控制电路的电源电压，或者___________（选填“增大”或“减小”）电磁铁线圈的匝数。 【展示交流】 该装置成功模拟了自动感应功能。同学们在设计与调试过程中，不仅加深了对电磁继电器原理的理解，更在重温红色历史中激发了爱国热情，坚定了科技报国的志向。 【答案】(1) (2) 电磁铁 上 光照强度 (3) 增大 增大 【详解】（1）光线较暗时，光敏电阻阻值大，控制电路电流小，电磁铁磁性弱，衔铁被弹簧拉起，接通A与B间的工作电路。据此作图。 （2）[1]电磁继电器的本质是由电磁铁控制工作电路通断的开关。 [2]根据安培定则：电流从线圈上端流入，下端流出，大拇指指向上端，可判断出电磁铁上端为N极。 [3]光敏电阻的阻值随光照强度改变，因此是受光照强度影响的光传感器。 （3）[1]现在故障是光线稍亮（光敏电阻R还没到足够大）就触发工作，说明需要让只有R更大（对应光线更暗）时，电流才小到让电磁铁磁性不足，才会释放衔铁触发工作。增大控制电路电源电压后，根据，相同R下电流更大，电磁铁磁性更强，只有R更大（光线更暗）时，电流才会小到不足以吸住衔铁，符合要求。 [2]增大电磁铁线圈匝数后，相同电流下电磁铁磁性更强，同理也只有光线更暗（R更大，电流更小）时，才会触发工作。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 电磁继电器与自动控制 （导学案） 【学习目标】 1.了解电磁继电器的构造，能识别其主要部件。 2.理解电磁继电器的工作原理，知道它是如何利用低电压、弱电流控制高电压、强电流的。 3.了解电磁继电器在自动控制和远程操作中的应用，能分析简单的自动控制电路。 【学习重点】 电磁继电器的结构、工作原理及其应用。 【学习难点】 分析电磁继电器的工作过程，理解控制电路对工作电路的控制逻辑；设计简单的自动控制电路。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 电磁继电器的构造 观察电磁继电器实物或结构示意图，填写下列部件名称及作用： 电磁铁：由 和 组成，通电时产生 ，断电时 消失。 衔铁：被电磁铁吸引的可动铁片。 弹簧：当电磁铁失去 时，将衔铁拉回原位。 触点：包括静触点和动触点，相当于工作电路中的 。 2. 电路组成 电磁继电器涉及两个独立的电路： 电路：由 电源、开关、电磁铁线圈组成。 电路：由 电源、用电器（如电动机、电铃）、触点组成。 【课堂探究】 探究一、电磁继电器的工作原理 【思考与讨论】 当控制电路的开关闭合时，电磁铁是否有磁性？衔铁会发生什么运动？触点状态如何变化？ 当控制电路的开关断开时，情况又如何？ 【原理总结】 闭合开关：控制电路接通 电磁铁产生 吸引 动触点与静触点接触（或分离，视具体结构而定） 电路接通（或断开）。 断开开关：控制电路断开 电磁铁失去 将衔铁拉回 动触点复位 电路断开（或接通）。 【核心优势】 利用 、 的控制电路，来控制 、 的工作电路，实现安全操作和远程控制。 【例题1】 如图所示为一种温度报警器的原理图，为热敏电阻，其温度升高时电阻变小。当温度升高时，通过电磁铁的电流________，电磁铁的磁性增强，当衔铁被吸下时________灯亮，发出报警信号。 探究二、电磁继电器的应用 案例1：温度自动报警器 装置描述：水银温度计中插入金属丝，当温度升高到设定值时，水银柱上升接触金属丝。 工作过程分析： 温度升高 水银柱上升接触 电路接通。 电磁铁产生 吸引 。 动触点与下方静触点接触 灯所在的工作电路接通。 灯亮，发出报警信号。 案例2：水位自动报警器 装置描述：容器内设有两个金属探针A和B，A位于高水位，B位于低水位。 逻辑分析： 当水位未到达A时， 电路断开，绿灯亮。 当水位到达A时，水导电使 电路接通，电磁铁吸下衔铁，红灯亮。 【例题2】 如图所示是电梯自动控制系统电路图，地板装的R是压敏电阻，其阻值随压力的增大而减小。当有人站上电梯时，控制电路中的电流____________（选填“变大”、“不变”或“变小”），电磁铁的上端为____________（选填“N极”或“S极”），此时电梯的电动机M____________。（选填“快行”或“慢行”） 【归纳整理】 第4节 电磁继电器与自动控制 【课堂练习】 1．如图是一种温度自动报警器的示意图，在温度计里封入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指温度时，电铃响起，发出报警信号，下列说法不正确的是（     ） A．衔铁可用铜片代替 B．该温度计相当于控制电磁铁的开关 C．温度计的测温液具有热胀冷缩的性质 D．通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强 2．如图所示是某款“照明灯”的电路。其控制电路中，为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化。闭合开关S，电磁铁的上端为________极。白天光照强，的阻值较________（选填“大”或“小”），电路中电流较大，衔铁被吸下，灯L将________（选填“发光”或“不发光”）。 3．如图是一款具有加热和理疗功能的足浴盆的简化电路图，其中所有电源电压恒定，温控电阻置于温度检测区域，其阻值随温度升高而升高。水温达到设定温度时衔铁弹起。电磁铁工作时，其上端为___________极，若将足浴盆的设定温度调高，则需___________（写出一种方法即可） 4．如图是一种水位自动报警器的原理图（纯净的水是不导电的，但一般的水都能导电）。当水位没有达到金属块A时，绿灯处于___________路状态。当水位达到金属块A，电磁铁吸引衔铁落下，水位自动报警，电磁铁上端是___________（选填“N极”或“S极”） 5．暴雨后立交桥下积水较深很不安全，物理学习小组为此设计了一个积水自动报警器，其原理图如图所示。此装置中用到了电磁继电器，它是利用电流的________效应工作的，图中A、B位置可以安装电铃或LED灯，要求地面没有积水时，LED灯亮，地面积水较深时，电铃响。根据设计要求，电铃应该安装在图中的________（填“A”或“B”）位置。 6．电磁继电器可以实现低压控制高压，它在电路中的作用相当于（     ） A．开关 B．电源 C．导线 D．用电器 7．电梯超载报警装置的工作原理如图所示，为保护电阻，为压敏电阻。均闭合，人员超载时，电梯内报警装置会发出电铃声音进行提示。电磁铁的上端为________极，电梯超载时，的阻值________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 8．如图，为某大桥设计一个车辆超重的报警装置，当路面压力达到设定值时，压力传感器就接通电路。要求车辆超重时，信号灯就发光，请在图中连好电路。 9．在跨学科实践活动中，小明为某仓库设计了温度报警电路。为定值电阻、为热敏电阻，其阻值随温度的升高而变小。温度正常时指示灯L发光，当温度升高到报警温度时，指示灯熄灭，蜂鸣器报警。下列设计电路正确的是（　　） A． B． C． D． 10．【探究名称】设计“红色文化”自动讲解装置的电路 为让学生更了解“红色文化”学校准备在宣传栏增设一个自动感应讲解装置。当参观者靠近时，自动播放红色故事：人离开后，自动停止。 【项目任务】利用电磁继电器、电源、光敏电阻R（其阻值随光照强度的增大而减小）、指示灯L等器材，设计一个自动控制电路。要求：光线较暗（模拟有人靠近遮挡光线）时，工作电路接通，指示灯L亮，播放讲解 （用播放器的符号表示）；光线较亮时，工作电路断开指示灯L 灭，停止播放。 【设计规划】 (1)请在虚线框内完成工作电路的设计。 (2)控制电路中，电磁继电器相当于一个由___________控制的开关，当电路中有电流通过时电磁铁___________端为N极。光敏电阻R在此电路中的作用相当于一个受___________影响的传感器。 (3)调试过程中发现，光线稍亮时，装置就开始工作，说明触发灵敏度太高。为了使装置在光线更暗时才被触发，可以___________（选填“增大”或“减小”）控制电路的电源电压，或者___________（选填“增大”或“减小”）电磁铁线圈的匝数。 【展示交流】 该装置成功模拟了自动感应功能。同学们在设计与调试过程中，不仅加深了对电磁继电器原理的理解，更在重温红色历史中激发了爱国热情，坚定了科技报国的志向。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $