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第3節　電磁鐵　電磁繼電器
第二十章 電與磁
知識點
電磁鐵
知1－講
1
1. 定義 把一根導線繞成螺線管，再在螺線管內插入鐵芯，當有電流通過時，它會有較強的磁性，沒有電流時就失去磁性，這種磁體叫做電磁鐵。
2. 構成 內部插入鐵芯的通電螺線管。
知1－講
3. 工作原理：電磁鐵是根據電流的磁效應和在通電螺線管中插入鐵芯后磁場將大大增強的原理來工作的。
(1)通電螺線管中插入鐵芯磁性增強的原因：螺線管通電后具有磁性，這時內部的鐵芯被磁化，兩個磁場疊加，使磁性比原來螺線管的磁性強。
知1－講
(2)電磁鐵的鐵芯一般用鐵來做，因為電磁鐵在實際應用中，通常情況下要求得失磁性自由，鐵是軟磁性材料，符合這樣的要求。
不能用鋼，鋼是硬磁性材料，被磁化后磁性能長期保持。
知1－講
知識拓展
電磁鐵的出現：
知1－講
4. 探究電磁鐵磁性強弱的影響因素
(1)實驗方法
① 實驗探究中通過電磁鐵吸引大頭針(或小鐵釘等)的多少，來比較電磁鐵磁性的強弱。這種方法為轉換法。
② 影響電磁鐵磁性強弱的因素有多個，在探究磁性強弱與其中一個因素的關系時，運用了控制變量法。


知1－講
(2)實驗設計
① 在探究磁性強弱與線圈匝數的關系時，要保證電流相等，將兩個線圈串聯；
② 在探究磁性強弱與電流大小的關系時，采用只觀察一個線圈，用滑動變阻器改變電流大小的辦法。
(3)實驗結論：線圈匝數一定時，通入的電流越大，電磁鐵的磁性越強；電流一定時，外形相同的螺線管，線圈匝數越多，電磁鐵的磁性越強。
知1－講
5. 電磁鐵的優點
(1)磁性的有無可由通電、斷電來控制。
(2)磁性的強弱可由電流的大小或線圈匝數的多少來控制。
(3)磁極的極性可由電流的方向來控制。
知1－講
6. 應用：電磁起重機、磁浮列車、電鈴、電磁繼電器等。
知1－講
深度理解
通過串聯探究電磁鐵磁性強弱與線圈匝數的關系，如圖1所示。
知1－講
探究電磁鐵磁性強弱與電流大小的關系時，可采用如圖2所示的操作。
知1－練
例 1
通電螺線管中插入鐵芯后，磁性大大增強，其原因
是( )
A. 鐵芯本身具有磁性
B. 插入鐵芯，使電流增大了
C. 插入鐵芯，相當于增加了線圈的匝數
D. 螺線管的磁性與被磁化的鐵芯的磁性的共同作用
知1－練
解題秘方：本題考查的是電磁鐵磁性強弱的問題。由電磁鐵的構成深入分析其磁性增強的原因。
解析：通電螺線管周圍存在磁場，當鐵芯插入其中后，鐵芯被磁化，又形成一個磁場，兩個磁場相互疊加，使磁性增強。
答案：D
知1－練
方法技巧：核心要素分析法。由定義可知，電磁鐵的構成最主要的是在線圈中插入了鐵芯，而鐵芯是磁性材料，通電螺線管具有磁性，能將鐵芯磁化，由此進一步分析。

知1－練
1. 許多自動控制的電路中都安裝有電磁鐵。關于電磁鐵， 下列說法中正確的是( )
A. 電磁鐵的鐵芯，可以用銅棒代替
B. 電磁繼電器中的磁體，可以使用永磁體
C. 電磁鐵中始終存在電流
D. 電磁鐵是根據電流的磁效應制成的
D
知1－練
例 2
[母題 教材P158 想想做做]小榮用如圖3 所示的裝置探究電磁鐵磁性的強弱跟哪些因素有關。
知1－練
(1)下表是小榮的實驗記錄，根據表中數據回答下列問題：
線圈匝數 100匝 50匝 實驗次數 1 2 3 4 5 6
電流/A 0.6 1.2 1.5 1.8 1.0 1.5
吸引大頭針的數量/枚 7 11 14 5 8 10
知1－練
①通過比較第_____和第_____兩次實驗可知電磁鐵的磁性強弱跟線圈匝數有關。
②電磁鐵的磁性強弱除了跟線圈匝數有關外，還跟_____
______有關。
3
6
電流
的大小
(2)實驗中，小榮通過觀察_______________________來判斷電磁鐵磁性的強弱。
電磁鐵吸引大頭針的數量
解題秘方：本題由控制變量法的設計要求分析解答。
知1－練

解析：探究電磁鐵磁性強弱與線圈匝數的關系，則對比組中線圈匝數應不同(故應從線圈為100 匝和5 0 匝的實驗中各選一組)，而電流大小應相同(第3 次和第6 次實驗中電流大小相同，均為1.5 A)，可見，第3 和第6 兩次實驗滿足要求。
知1－練
方法規律：由實驗數據歸納結論：由線圈匝數相同、電流大小不同的幾次實驗數據歸納電磁鐵磁性強弱與電流大小的關系；由電流大小相同、線圈匝數不同的幾次實驗數據歸納電磁鐵磁性強弱與線圈匝數的關系。
知1－練
2. 某實驗小組用自制電磁鐵探究影響電磁鐵磁性強弱的因素。他們用相同的漆包線和鐵釘繞制成兩個電磁鐵A 和B，B 鐵釘上繞有更多匝數的線圈，實驗裝置如圖所示。
知1－練
(1)如圖甲，閉合開關， 電磁鐵A 的釘尖是_____(填“N”或“S”)極；將滑動變阻器的滑片P 向右移動， 能吸引_____ (填“更多”“不變”或“更少”)的大頭針。
S
更少
知1－練
(2)如圖乙，把電磁鐵A 和B 串聯， 閉合開關， 多次移動滑動變阻器的滑片P， 發現電磁鐵B 總能吸引更多的大頭針， 通過比較， 得出的結論是___________________________
_________________。
電流相同時，線圈的匝數越多，電磁鐵的磁性越強
知1－練
(3) 電磁鐵在生活中應用廣泛， 請舉一例： _____。
電鈴
知2－講
知識點
電磁繼電器
2
1. 結構 電磁鐵、銜鐵、彈簧和觸點。
2. 制作原理 利用電流的磁效應工作。
3. 實質 電磁繼電器實質上是利用電磁鐵來控制電路的一種開關。
知2－講
4. 作用
(1)利用低電壓、弱電流電路來控制高電壓、強電流電路，以保證工作人員的安全。
(2)實現各種自動控制：遠距離自動控制、光自動控制、溫度自動控制等。
5. 工作原理表述：通常控制電路和工作電路分別表述。
知2－講
結構圖解
電磁繼電器的結構如圖4 所示。
知2－練
[母題 教材P160T2]如圖5 所示的是恒溫箱的簡易電路圖。
例 3
知2－練
其工作原理是接通工作電路后，電熱絲加熱，箱內溫度升高，當箱內溫度達到金屬絲A 所指的溫度時，控制電路_____，銜鐵被吸下，工作電路斷開，電熱絲停止加熱。當箱內溫度低于金屬絲A 所指的溫度時，控制電路_____ ，銜鐵被_________ ，工作電路再次工作，電熱絲加熱，從而保持恒溫箱內溫度恒定。
接通
斷開
彈簧拉起
知2－練
解題秘方：電磁繼電器的電路可分為控制電路和工作電路兩部分，一般先分析控制電路的工作情況，再分析工作電路的工作情況。
知2－練
解析：如圖，接通工作電路后，電熱絲加熱，箱內溫度升高，當溫度計中的水銀柱上升到與金屬絲A 接觸時，由于水銀是導體，控制電路接通，電磁鐵有磁性，銜鐵被吸下，則工作電路斷開，電熱絲停止加熱，當箱內溫度低于金屬絲A 所指的溫度時，控制電路斷開，電磁鐵失去磁性，銜鐵被彈簧拉起，工作電路再次工作。
知2－練
3. [中考·成都] 為實現節能和智能控制，空調內部用到了傳感器和電磁繼電器， 如圖是啟動或停止空調壓縮機的電路示意圖。
知2－練
電磁繼電器是利用電磁鐵控制工作電路通斷的_____(填“ 用電器”“電源”或“開關”)。夏天， 空調制冷，房間溫度降低，熱敏元件的電阻增大，控制電路的電流減小，電磁鐵的磁性_____，低于設定溫度時， 工作電路就斷開， 停止制冷。
開關
減弱
小明利用實驗室的電磁繼電器、阻值隨溫度變化的電阻R1、滑動變阻器R2、加熱電熱絲R0 設計了一個恒溫箱控制電路。
易錯點
應用電磁繼電器時，不能按要求控制電路進行改進
例 4
如圖6 甲所示，恒溫箱加熱器的電源電壓為220 V，加熱電熱絲R0 和電阻R1 處于恒溫箱內，圖乙是電阻R1 的阻值隨溫度變化的關系曲線。
電磁繼電器所在的控制電路的電源電壓U=9 V，電磁繼電器線圈的電阻可不計，通過實驗測得當電磁繼電器線圈的電流達到30 mA 時，電磁繼電器的銜鐵被吸下來。
(1)請用筆畫線代替導線，按照題意將圖甲中的電路連接完整。
解：如圖7所示。
解析：由題意可知，加熱電阻絲與下面靜觸點相連。
(2)當滑動變阻器R2 接入電路中的電阻為250 Ω 時，接通電路，加熱電熱絲加熱使恒溫箱的溫度升高到大約______℃并保持不變。在升溫的過程中，電阻R1 兩端的電壓會______(填“變大”“變小”或“不變”)。
50
變大
解析：當電磁繼電器線圈的電流達到30 mA 時，電路中的總電阻R ===300 Ω，電阻R1=R-R2=300 Ω-250 Ω=50 Ω，由圖乙可知，電阻R1 為50 Ω 時對應的溫度為50 ℃，即恒溫箱的溫度將穩定在50 ℃；在升溫的過程中，電阻R1 的阻值變大，電路中的總電阻變大，電路中的電流變小，滑動變阻器接入電路的電阻不變時其兩端的電壓變小，總電壓不變，電阻R1 兩端電壓變大。
(3)如果要使恒溫箱內保持的溫度升高，合理的操作方法是_________________。
解析：由圖乙可知，要提高恒溫箱的設定溫度，電阻R1 的阻值要增大；但為了使銜鐵吸合時工作電流即線圈中的電流仍為30 mA，就要減小滑動變阻器連入電路的電阻值，即R2 的滑片向左移動。
R2 的滑片向左移動
診誤區：
1. 由分析動態電路的一般方法分析溫度升高時R1 兩端電壓的變化情況：
溫度升高
↓
R1 阻值變大
↓
控制電路總電阻變大
↓
控制電路電流變小
↓
滑動變阻器兩端電壓減小
↓
R1 兩端電壓變大
2. 按要求使恒溫箱內保持的溫度升高時：
銜鐵吸合時線圈中的電流仍為30 mA
↓
控制電路總電阻不變
↓
電阻R1 的阻值變大
↓
滑動變阻器接入電路的電阻則要調小
↓
滑動變阻器滑片左移
電磁鐵 電磁繼電器
電鈴、電磁起重機等
通電螺線
管、鐵芯
組成
電磁鐵
應用
電磁繼電器

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