20.3

電磁鐵

電磁繼電器第二十章電與磁授課教師：

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.物理觀念了解電磁鐵的結(jié)構(gòu)及其在生產(chǎn)生活中的應用，能利用電磁鐵的知識解決生活中的實際問題?？茖W思維經(jīng)歷分析電磁鐵、電磁繼電器的結(jié)構(gòu)及其工作原理的過程，發(fā)展分析推理能力。科學探究通過制作簡易的電磁起重機，培養(yǎng)提出和解決問題、總結(jié)歸納的科學探究能力?？茖W態(tài)度與責任結(jié)合電磁鐵在生產(chǎn)生活中的應用，體會物理學的應用價值，關注科學技術對社會發(fā)展的影響。

學習目標

重點難點教學重點對電磁鐵磁性強弱的認識。教學難點電磁繼電器的工作原理。

導入新課一根條形磁體，它的周圍存在著磁場。這種磁體是一種永磁體。螺線管通電后，也會成為一個磁體。這樣的磁體與永磁體相比，有哪些優(yōu)點？這些優(yōu)點在實際中有哪些應用？一、電磁鐵1.電磁鐵（1）電磁鐵：把導線繞成螺線管，再在螺線管內(nèi)插入鐵芯，當有電流通過時，它會有較強的磁性。我們把這種磁體叫作電磁鐵。螺線管鐵芯U形電磁鐵電磁鐵（2）工作原理電磁鐵是利用電流的磁效應來工作的。在螺線管的內(nèi)部插入鐵芯通電后，鐵芯在螺線管的磁場中被磁化，兩磁場疊加，使電磁鐵的磁性大大增強。螺線管的磁場+鐵芯的磁場螺線管的磁場一、電磁鐵（3）電磁鐵磁極極性的判斷電磁鐵的磁極極性與通電螺線管的磁極極性是一致的，可運用安培定則來判定。一、電磁鐵（4）電磁起重機在工地、碼頭，以及一些車間、貨場，人們常?？梢钥吹诫姶牌鹬貦C在工作。電磁起重機的主要部件之一是電磁鐵，電磁鐵安裝在吊車上，通電后吸起大量鋼鐵，移動到另一個位置后切斷電流，鋼鐵被放下。大型電磁起重機一次可以吊起幾噸鋼材。電磁起重機一、電磁鐵【提出問題】電磁鐵磁性的強弱與哪些因素有關?【猜想與假設】①電磁鐵只有在線圈中通有電流時才有磁性，猜想電流的大小應該會影響電磁鐵磁性的強弱。怎樣改變線圈中電流的大?。啃枰裁雌鞑?？②構(gòu)成電磁鐵的主要部件是線圈，猜想線圈的形狀和匝數(shù)可能會影響電磁鐵的磁性強弱。對于外形相同的線圈，電磁鐵磁性的強弱跟線圈的匝數(shù)會有怎樣的關系？2.制作簡易的電磁起重機一、電磁鐵【實驗器材】電源、繞有不同線圈匝數(shù)的兩個電磁鐵、電流表、開關、滑動變阻器、曲別針及導線。【實驗電路】將電源、電磁鐵、電流表及滑動變阻器串聯(lián)起來。一、電磁鐵【進行實驗】（1）閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，改變電路中的電流，觀察“起重機”吊起了多少曲別針。（2）接著調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到某一位置，將外形相同、繞有不同線圈匝數(shù)的兩個電磁鐵串聯(lián)在電路中，閉合開關，觀察兩個“起重機”分別吊起了多少曲別針。一、電磁鐵（3）各組展示自己制作的“起重機”，并說明制作的流程，看看哪個小組的“起重機”吊起的曲別針多，再提出改進措施，讓自制“起重機”能吸引更多的曲別針。【分析論證】從實驗現(xiàn)象可以看出，匝數(shù)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，匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強。一、電磁鐵【實驗結(jié)論】一、電磁鐵線圈匝數(shù)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(shù)越多，電磁鐵的磁性越強。演示實驗——《探究影響電磁鐵磁性強弱的因素》3.電磁鐵的應用（1）電磁鐵可以直接對磁性物質(zhì)有吸引力的作用主要應用在電鈴、電磁起重機、電磁剎車裝置和許多自動控制裝置上。全自動洗衣機的進水、排水閥門，衛(wèi)生間里感應式?jīng)_水器的閥門，也都是由電磁鐵控制的。電磁起重機電鈴耳麥、喇叭一、電磁鐵2.電磁鐵的優(yōu)點（1）可以通過電流的通斷來控制其磁性的有無。（2）可以通過改變電流的方向來改變其磁極的極性。（3）可以通過改變電流的大小或線圈匝數(shù)的多少來控制其磁性的強弱。（2）電磁鐵的另一個應用是產(chǎn)生強磁場?，F(xiàn)代技術上很多地方需要的強磁場都是由電磁鐵提供的，如磁懸浮列車、電動機、發(fā)電機、磁療設備、測量儀器、研究微觀粒子用的加速器等。2003年，上海浦東機場磁懸浮鐵路成為我國第一條正式投入運營的磁懸浮鐵路，最高速度可達500km/h以上。一、電磁鐵二、電磁繼電器驅(qū)動巨大機器的電流可能有幾十安、幾百安。在工廠里，我們常?？吹焦と藥煾道冒粹o來控制機器，難道強大的電流就在按鈕下面流過？不，用手直接控制強大的電流或操作高壓電路是很危險的。我們能否利用電磁鐵的吸引力來控制高電壓、強電流電路的通斷呢？1.電磁繼電器概念電磁繼電器是利用低電壓、弱電流電路的通斷，來間接地控制高電壓、強電流電路通斷的裝置。實質(zhì)是利用電磁鐵來控制工作電路的一種開關。二、電磁繼電器2.電磁繼電器的結(jié)構(gòu)與工作電路電磁繼電器的結(jié)構(gòu)如圖所示，它由電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點等組成。工作時的電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成。（1）低壓控制電路：電磁鐵、銜鐵、彈簧、低壓電源、開關等.（2）高壓工作電路：高壓電源、電動機、動、靜觸點.二、電磁繼電器3.電磁繼電器的工作原理閉合低壓控制電路中的開關S，電流通過電磁鐵的線圈產(chǎn)生磁性，把銜鐵B吸下來，使動觸點D與靜觸點E接觸，受控的高壓電路閉合，電動機M工作。斷開開關S，線圈中的電流消失，電磁鐵的磁性消失，銜鐵B在彈簧的作用下與電磁鐵分離，使觸點D、E脫開，受控電路斷開，電動機停止工作。二、電磁繼電器

4.電磁繼電器的一些應用（1）利用電磁繼電器可以通過控制低電壓、弱電流電路的通斷來間接地控制高電壓、強電流工作電路的通斷，使人遠離高壓環(huán)境；（2）利用電磁繼電器可以使人遠離高溫、有毒等環(huán)境，實現(xiàn)遠距離控制；（3）在電磁繼電器控制電路中接入對溫度、壓力或光照敏感的元件，利用這些元件操縱控制電路的通斷，可以實現(xiàn)對溫度、壓力或光的自動控制，如電鈴、防盜報警、防汛報警、溫度自動控制、空氣開關自動控制等。二、電磁繼電器（4）應用實例電磁鐵銜鐵觸點制作水銀溫度計時在玻璃管中封入一段金屬絲，當溫度達到金屬絲下端所指的溫度時，電鈴就響起來，發(fā)出報警信號。這就是一種溫度自動報警器。溫度自動報警器二、電磁繼電器工作原理：溫度升高時，水銀柱上升，與上方金屬絲連通，使左側(cè)形成通路，電磁鐵中有電流通過，電磁鐵吸引銜鐵，使觸點接觸，右側(cè)電路接通，電鈴發(fā)出報警信號。二、電磁繼電器水位自動報警器原理當水位上漲時，水與金屬A接觸，水（不純凈）是導體，使控制電路接通，電磁鐵吸引銜鐵，使動觸點與下面的靜觸點接觸，工作電路接通，紅燈發(fā)光；當水位下降時，控制電路斷開，電磁鐵失去磁性，彈簧拉著銜鐵使動觸點與上面的靜觸點接觸，工作電路接通，則綠燈亮。三、課堂總結(jié)電磁繼電器磁性強弱電磁鐵內(nèi)部帶鐵芯的通電螺線管稱為電磁鐵.利用電流的磁效應來工作的.電磁鐵線圈的匝數(shù)越多、電流越大，電磁鐵的磁性就越強.①可通過電流的通斷來控制其磁性的有無.②可通過改變電流方向來改變其磁極的極性.③可通過改變電流的大小或線圈匝數(shù)的多少

來控制其磁性的強弱.①概念：繼電器是利用低電壓、弱電流電路的通斷，

來間接地控制高電壓、強電流電路通斷的裝置.②構(gòu)成：電磁鐵、銜鐵、彈簧、動觸點、靜觸點.③工作原理：靠電磁鐵和彈簧的共同作用

實現(xiàn)工作電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換.電磁鐵優(yōu)點四、練習與應用1.為探究影響電磁鐵磁性強弱的因素，用相同的細導線和鐵釘繞制成兩個電磁鐵A、B，鐵釘下方的盒子內(nèi)有足夠多的大頭針。（1）如圖甲所示，把鐵釘下端插入大頭針盒中，閉合開關，提起鐵釘，鐵釘下端將吸附很多大頭針。把滑動變阻器的滑片逐漸向右移動，能觀察到什么現(xiàn)象？說明了什么？（2）如圖乙所示，閉合開關后移動滑動變阻器的滑片，無論滑片移到哪個位置，電磁鐵B總能比電磁鐵A吸附更多的大頭針。這說明了什么？教材課后習題【解析】

（1）吸引的大頭針數(shù)量減少。說明在線圈匝數(shù)一定時，電流越小，電磁鐵的磁性越弱。（2）說明在電流相同的情況下，匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強。四、練習與應用2.圖是一種水位自動報警器的原理圖。水位沒有到達金屬塊A時，綠燈亮；水位到達金屬塊A時，紅燈亮。請說明它的工作原理。注意：雖然純凈的水是不導電的，但一般的水都能導電?！窘馕觥慨斔粵]有到達金屬塊A時，AB之間斷路，電磁繼電器中沒有電流，銜鐵被彈簧拉起與上面的觸點接通，綠燈所在電路構(gòu)成通路，綠燈亮；當水位到達金屬塊A時，由于水能導電，AB之間形成通路，電磁繼電器中有電流經(jīng)過，銜鐵被電磁鐵吸下與下面的觸點接通，紅燈所在電路構(gòu)成通路，紅燈亮。四、練習與應用3.圖20.3-9是直流電鈴的原理圖。銜鐵B與彈性片A相連，自然情況下彈性片是和螺釘接觸的。接通電源后電磁鐵吸引銜鐵，敲擊鈴碗發(fā)聲，但同時彈性片與螺釘分離導致斷電，電磁鐵失去磁性后彈性片又和螺釘接觸而通電，如此往復。弄懂原理后，請你在圖20.3-5所示的電磁繼電器上把電源連在電路里，使銜鐵能上下振動。答案四、練習與應用4.法國科學家阿爾貝·費爾和德國科學家彼得·格林貝格爾由于發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻（GMR）效應，榮獲了2007年諾貝爾物理學獎。巨磁電阻效應是指某些材料的電阻在磁場中急劇減小的現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)大大提高了磁、電之間信號轉(zhuǎn)換的靈敏度，從而引發(fā)了現(xiàn)代硬盤生產(chǎn)的一場革命。圖20.3-10是說明