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第二節 電流的磁場
課時2 電磁鐵和電磁繼電器
1. 知道電磁鐵的構造和工作原理.
2. 通過實驗探究知道影響電磁鐵磁性強弱的因素.
3. 知道電磁繼電器的結構及工作原理，了解電磁鐵在生產、生活中的應用.
學習目標
電磁起重機
在廢鋼鐵回收部門和煉鋼車間，常用電磁起重機對各種鐵料進行收集和搬運，操作更加方便省力.你知道電磁起重機是如何對鐵料進行吸附和放下的嗎？
新課引入
模擬起重機搬運廢鐵
新知學習
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紙盒中可能有什么裝置？
吸起曲別針
放下曲別針
思考
有磁性
無磁性
紙盒中有什么裝置？
揭秘
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一、電磁鐵及其應用
線圈
鐵芯
1. 內容：在通電螺線管內插入一個鐵芯，就構成了一個電磁鐵.
2. 原理：電流的磁效應.
3. 特點：在有電流通過時有磁性，沒有電流時失去磁性.
思考
為什么插入鐵芯后，通電螺線管的磁性會大大增強？
思考
請你試著分析，鐵芯為什么要用軟磁材料？
螺線管通電后具有磁性，插入鐵芯后鐵芯被磁化，兩個磁場疊加，使磁性比原來螺線管的磁性強.
因為電磁鐵在實際應用中，通常情況下要求得失磁性自由，鐵是軟磁材料，正符合這樣的要求.
線圈
鐵芯
思考
電磁鐵與永久磁體有何區別？
永久磁體：周圍存在著磁場，可以吸引鐵釘、曲別針、鋼針等鐵磁性材料制作的物體.
電磁鐵：在有電流通過時有磁性，沒有電流時就失去磁性.
用一根導線和一枚鐵釘可以制作一個簡易的電磁鐵.
怎樣可以使這個電磁鐵的磁性增強呢？
電磁鐵的磁性
電磁鐵磁性大小跟哪些因素有關呢？
磁性強弱可能與電流的大小、線圈的匝數有關.
根據電流磁效應，電磁鐵磁性應該與電流大小有關.
線圈是主要部件，應該與線圈的匝數有關.
1. 提出問題
2. 作出猜想
若干不同匝數的電磁鐵、電源、開關、導線、大頭針、沙皮紙、 滑動變阻器、電流表.
控制變量法、轉換法
根據吸引鐵釘、曲別針等的多少來判斷螺線管的磁性強弱.
4. 實驗器材
5. 實驗方法
3. 電路設計
S
思考
如何判斷磁性強弱？
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實驗過程
改變電流
S
研究一：電磁鐵的磁性強弱跟電流的關系
改變電流
當匝數一定時，通入的電流越____，電磁鐵的磁性越____.
增大電流，電磁鐵吸引的大頭針數目_____.
強
大
增多
現象
結論1
實驗1
S
a
S
b
S
c
研究一：電磁鐵的磁性強弱跟電流的關系
研究二：電磁鐵的磁性跟線圈匝數的關系
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實驗過程
S
改變線圈匝數
當電流一定時，外形相同的螺線管，匝數越____，電磁鐵的磁性越____.
多
強
匝數增多，電磁鐵吸引的大頭針數目______.
增多
現象
結論2
實驗2
研究二：電磁鐵的磁性跟線圈匝數的關系
改變線圈匝數
S
S
S
實驗結論：
電磁鐵的磁性與電流大小、線圈匝數有關.電流越大，線圈匝數越多，電磁鐵的磁性越強.
若將鐵釘換成木芯或紙芯，再做上述實驗，看有什么變化
思考
電磁鐵的應用
電磁起重機
磁懸浮列車
電動機
發電機
電磁閥門
感應式出水閥門
電鈴
電磁繼電器
　　磁懸浮列車所用的磁體大多是通有強大電流的電磁鐵. 是一種靠安裝在車廂和軌道上的磁體的相互作用懸浮和高速運動的，由于磁力使其懸浮在軌道上方幾厘米高度，行走時不需接觸軌道，因此只受來自空氣的阻力. 磁懸浮列車的最高速度可達每小時500 km以上.
磁懸浮列車
例 小明在學習完電與磁的知識后，自己動手用鐵釘、電池和導線制作了幾個電磁鐵，已知I1＞I2，請你判斷下列電磁鐵中磁性最強的是( )
ABCD
D
1
從小到大：
2
3
4
外形相同的螺線管，通入的電流越大，匝數越多，電磁鐵的磁性越強
驅動巨大機器電流可能達到幾十安、幾百安，由于用手直接控制強大的電流或操作高壓電路是危險的，那么應該利用什么裝置來間接控制呢？
？
1. 內容：是一種電子控制器件，是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高電壓的一種“自動開關”.
2. 實質：利用電磁鐵控制工作電路的一種開關.
3. 構造：由電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點組成.
二、電磁繼電器
結構圖
動觸點
靜觸點
銜鐵
彈簧
電磁鐵
4. 工作電路：包括低壓控制電路和高壓工作電路兩個部分.
5. 工作原理：當在電磁鐵A兩端加上一定的電壓時，電磁鐵A工作，銜鐵B被吸下，從而將帶動銜鐵的動觸點D與靜觸點E吸合，高壓電路接通.
當電磁鐵A斷電后，其磁力消失，銜鐵B則在彈簧C的作用下返回原位，動觸點D離開靜觸點E，高壓電路斷開.
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高壓工作電路
低壓控制電路
(1)用弱電流、低電壓控制強電流、高電壓的工作電路
6. 電磁繼電器的應用：
(2)可以實現遙控和生產自動化
觀察：燈泡和
電鈴何時工作.
水位開關
利用電磁繼電器模擬防汛報警器
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A
水位未到達警戒水位時
水位開關
水位開關
，水位開關處于斷開狀態.
C
水位到達警戒水位時，水位開關處于閉合狀態.
C
A
水位到達警戒水位時，水位開關處于閉合狀態.
電鈴是怎樣連續地發出聲響的？
1. 電磁鐵
2. 彈簧片
3. 螺釘
4. 銜鐵
交流與討論
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歸納
1. 結構：電磁鐵、銜鐵、彈簧和觸點組成；
2. 制作原理：利用電流的磁效應工作；
3. 實質：電磁繼電器實質上相當于工作電路的開關；
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.
例 (2023天津)黨的二十大報告指出“科技是第一生產力”．某學校為了培養學生的科學素養，組織科技創新大賽，小明在比賽中制作了水位自動報警器，原理圖如圖所示．當水位達到金屬塊A時(一般的水都能導電)，則(　　)
A. 兩燈都亮
B. 兩燈都不亮
C. 只有綠燈亮
D. 只有紅燈亮
A、B接通
銜鐵被吸下
綠燈斷開紅燈接通
D
課堂小結
電磁鐵
和電磁
繼電器
電磁鐵
及其應用
構造：內部帶_____的通電螺線管.
電磁
繼電器
原理：電流的_______.
影響因素：①當電流一定時，外形相同的螺線管，匝數越___，
電磁鐵的磁性越強；
②當匝數一定時，通入的電流越大，電磁鐵的磁性越___.
應用：電磁繼電器、電磁起重機、磁浮列車、電鈴等.
內容：是一種電子控制器件，是用較小的電流、較低的電壓去控
制較大電流、較高電壓的一種“________”.
鐵芯
磁效應
多
自動開關
特點：磁性的有無可以通過________來控制，磁性強弱可以通過
________和線圈匝數來控制，磁極方向可以由________決定.
強
構成：由電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點組成.
工作原理：當電磁鐵A工作，銜鐵B被吸下，
從而使動觸點D與靜觸點E____，
高壓電路_____.當電磁鐵A斷電
后，其磁力消失，銜鐵B在彈簧
C的作用下返回原位，動觸點D
離開靜觸點E，高壓電路____.
吸合
電路通斷
電流大小
電流方向
接通
斷開
隨堂練習
1. 用漆包線(導線表面涂有絕緣漆)繞在紙筒上做成一個螺線管，插入鐵芯后就組成了電磁鐵，接入如圖所示電路，閉合開關S后(　　)
A. 電磁鐵的右端為N極
B. 取掉鐵芯后，螺線管的磁性增強
C. 調換電源正負極，電磁鐵的磁場方向改變
D. 向右滑動滑片P，電磁鐵的磁性增強
I
安培定則
N
×
左端
C
×
減弱
×
磁場方向與電流方向有關
√
R↑→電流↓→磁性↓
2. 如圖所示，是某保密室的防盜報警電路，當有人闖入保密室時會使開關S閉合．下列說法正確的是(　　)
A. 開關S閉合前，電磁鐵也有磁性
B. 電磁鐵的磁性強弱只與電流大小有關
C. 電磁鐵工作時，上端為S極
D. 當有人闖入保密室時，b燈亮
×
電路未接通，電磁鐵沒有磁性
D
I
安培定則
N
×
電磁鐵的磁性強弱與電流的大小、線圈匝數、有無鐵芯有關
×
N極
開關閉合→電磁鐵有磁性→銜鐵被吸合→b燈亮
√
3. 如圖是學校電鈴的工作電路示意圖，它是利用電流的____效應來工作的；閉合開關，電磁鐵具有磁性，此時電磁鐵的B端為____(選填“N”或“S”)極；銜鐵向下運動，帶動小錘敲擊鈴碗，小錘敲擊鈴碗時，電磁鐵________(選填“有”或“沒有”)磁性．
磁
電磁鐵
I
N
安培定則
N
S
沒有
彈性片A與螺釘分離，導致電路處于斷開狀態
4. 如圖甲是一個磁懸浮地球儀，其內部結構示意圖如圖乙所示，球體內有一個條形磁體．底座里面有一個電磁鐵，可使地球儀懸浮在空中．
(1)請在圖乙中標出開關閉合后，電源的“＋”“－”極；
(2)地球儀能夠懸浮在空中是利用了___________________的原理；
(3)查閱資料可知：通電螺線管的磁性強弱會影響到地球儀懸浮的高度，磁性越強，懸浮高度越大．若要增加該地球儀的懸浮高度，可以采取的措施有______．
A. 減小電源電壓的大小
B. 改變電源的正負極
C. 增加通電螺線管線圈的匝數
同名磁極相互排斥
C
電磁鐵的磁性強弱與電流的大小、線圈匝數有關
安培定則
＋
－
同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引
I

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