專題20.3 電磁鐵 電磁繼電器 課前預習 1在通電螺線管和它里面的鐵芯構成了一個電磁鐵影響電磁鐵磁性強弱的因素：(1)電流的強弱；(2)線圈匝數的多少；(3)有無鐵芯工作原理是利用了電流的磁效應2電磁繼電器利用低壓、弱電流電路的通斷，間接控制高壓、強電流電路電磁繼電器就是利用電磁鐵來控制工作電路的開關。3揚聲器是把電信號轉換成聲信號的一種裝置揚聲器的線圈中通過時刻變化的電流，產生不同方向的磁場，線圈就不斷地來回振動，紙盆也振動起來，就發出了聲音4.在探究“影響電磁鐵磁性強弱”的實驗中應用了控制變量法和轉換法。知識點解讀與例題突破知識點一：電磁鐵1.在通電螺線管里面加上一根鐵芯，就成了一個電磁鐵。2.電磁鐵磁場的強弱與電流的大小、線圈的匝數有關。3.電磁鐵的優點：磁場的強弱，可以通過電流的大小、線圈的匝數來控制；磁場的方向，可以通過電流的方向來控制；磁場的有無，可以通過開關的通斷來控制。【例題1】（2019湖北宜昌）巨磁電阻（GMR）效應指某些材料的電阻在磁場中急劇減小的現象，如圖是說明巨磁電阻特性原理的示意圖，當閉合S1、S2且將滑片P向右滑動時，下列說法正確的是（）A指示燈變暗，電壓表示數變大B指示燈變暗，電壓表示數變小C指示燈變亮，電壓表示數變大D指示燈變亮，電壓表示數變小【答案】A【解析】由左圖可知，電磁鐵與滑動變阻器串聯，當閉合S1、S2且將滑片P向右滑動時，接入電路中的電阻變大，電路的總電阻變大，根據歐姆定律可知通過電磁鐵電流的變化，然后判斷電磁鐵磁性的變化，根據巨磁電阻的阻值特點得出其阻值的變化，根據歐姆定律可知右圖中電路電流的變化和燈泡兩端的電壓變化，根據PUI可知燈泡的變化，然后判斷亮暗的變化，根據串聯電路的電壓特點可知巨磁電阻兩端的電壓變化。由左圖可知，電磁鐵與滑動變阻器串聯，當閉合S1、S2且將滑片P向右滑動時，變阻器接入電路中的電阻變大，電路的總電阻變大，由I可知，左側電路中的電流變小，通過電磁鐵的電流變小，電磁鐵的磁性變弱，因巨磁電阻的電阻在磁場中急劇減小，所以，巨磁電阻（GMR）的阻值變大，右圖中指示燈和巨磁電阻串聯的總電阻變大，電路中的電流變小，燈泡兩端的電壓變小，因燈泡的亮暗取決于實際功率的大小，所以，由PUI可知，燈泡的實際功率變小，燈泡變暗，故CD錯誤；因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，所以，巨磁電阻兩端的電壓變大，即電壓表的示數變大，故A正確、B錯誤。知識點二：電磁繼電器1.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、強電流電路的裝置。實質上它就是利用電磁鐵來控制工作電路的一種開關。2.電磁繼電器由電磁鐵、銜鐵、簧片、觸點組成。【例題2】（2017武漢）如圖所示是一種水位自動報警器的原理圖水位沒有達到金屬塊A時，燈 亮；水位達到金屬塊A時，由于一般的水是 ，燈 亮【答案】L1；導體； L2【解析】當水位下降沒有達到金屬塊A時，使控制電路斷開，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L1亮當水位上漲時，水與金屬A接觸，由于水是導體，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，則 L2燈發光習題精練一、選擇題1（2019云南模擬題）如圖為電磁鐵的線路圖開關S閉合后，滑動變阻器的滑片P向右滑動過程中（）A電磁鐵的右端為S極，磁性增強。B電磁鐵的右端為S極，磁性減弱。C電磁鐵的右端為N極，磁性增強。D電磁鐵的右端為N極，磁性減弱。【答案】D【解析】由圖可知，電流從螺旋管的左端流入、右端流出，用右手握住螺旋管，四指指向電流的方向，則大拇指指向右端，所以右端是N極，故AB錯誤；滑動變阻器的滑片P向右滑動過程中，接入電路中的電阻變大，電路中的總電阻變大，由I=U/R可知，電路中的電流變小，通過電磁鐵的電流變小，則在螺旋管的匝數一定時，電磁鐵的磁性減弱，故C錯誤、D正確2（2018海南）如圖所示，GMR是一個巨磁電阻，其特性是電阻在磁場中會急劇減小，且磁場越強電阻越小，閉合開關S2后，下列四種情況相比較，指示燈最亮的是（）AS1斷開，滑片P在圖示位置。BS1閉合，滑片P在圖示位置。CS1閉合，滑片P在滑動變阻器最右端。DS1閉合，滑片P在滑動變阻器最左端。【答案】D【解析】AS1斷開時，電磁鐵無磁性，由題意可知GMR的電阻最大，由I=U/R可知，右側電路中電流最小，由P=I2R可知，指示燈的實際功率最小，指示燈最暗，故A錯誤；B、C、D閉合S1時，GMR所處的位置由無磁場變為有磁場，GMR的阻值減小；當滑片P在滑動變阻器最左端時，左側電路的電阻最小，由I=U/R可知，左側電路中的電流最大，電磁鐵磁性最強，則GMR的電阻最小，右側電路中電流最大，由P=I2R可知，指示燈的實際功率最大，指示燈最亮，故BC錯誤，D正確3.（2017湖南岳陽）如圖所示，電磁鐵上方附近有一點A，小磁針置于電磁鐵的右方附近。閉合開關S，下列判斷正確的是（）A電磁鐵的左端為N極 B電磁鐵上方A點的磁場方向向右C小磁針靜止后，其N極的指向向右 D向左移動滑片P，電磁鐵的磁性減弱【答案】C【解析】（1）根據線圈的繞法和電流的方向，可以確定螺線管的NS極；（2）據磁感線的方向分析判斷即可解決；（3）據磁體間的相互作用分析小磁針的運動方向；（4）電磁鐵磁性強弱的影響因素：電流大小、線圈匝數多少、有無鐵芯。電流越大，匝數越多，有鐵芯時電磁鐵的磁性越強。A.由安培定則可知，右手握住螺線管，四指指向電流的方向，大拇指指向右端，則通電螺線管的右端為N極，故A錯誤；B.在磁體的外部，磁感線從N極指向S極，所以通電螺線管外A點的磁場方向向左，故B錯誤；C.通電螺線管的右端是N極，根據異名磁極相互吸引可知，小磁針的S極應靠近螺線管的右端，則小磁計的S極向左轉動，小磁針會逆時針旋轉，故小磁針靜止時，其N極的指向向右，故C正確；D.向左移動滑片P，連入電路的電阻減小，電流增大，電磁鐵的磁性增強，故D錯誤。二、填空題4.（2018四川綿陽）如圖所示是一個水位自動報警器的原理圖。水位到達金屬塊A之后，（選填“紅”或“綠”）燈亮；當綠燈亮時電磁鐵（選填“有”或“無”）磁性。【答案】紅；無。解析：由題意可知，這一水位自動報警器的基本結構是一個電磁繼電器，根據電磁繼電器的基本工作原理，結合在此處的運用可描述其原理。圖中所示的水位自動報警器工作原理：當水位到達A時，由于一般水具有導電性，那么電磁鐵所在電路被接通，電磁鐵具有磁性，向下吸引銜鐵，從而接通紅燈所在電路，此時紅燈亮，而綠燈不亮；當綠燈亮時，銜鐵與綠燈的觸點接觸，說明電磁鐵無磁性。5.（2018湖北武漢）電磁繼電器是利用控制電路通斷的開關，它的工作原理是：通過直接控制“控制電路”的通斷，間接控制“電路”的通斷。【答案】電磁鐵；高壓。解析：電磁繼電器主要是利用電磁鐵控制工作電路通斷的開關，通過開關控制電磁鐵電流的通斷，使電磁鐵有無磁性，從而控制被控電路的通斷，實現遠距離操作和自動控制等功能，它可以用低壓電源控制高壓電源，弱電流控制強電流等。6.（2019四川達州）如圖是研究電磁鐵磁性的電路圖，則電磁鐵的S極為 （選填“A”或“B”）端。當滑動變阻器的滑片P向右移動時，電磁鐵的磁性變 （選填“強”或“弱”）。【答案】B；弱。【解析】（1）由圖看出，電流從電磁鐵下端流入，依據安培定則，四指順著電流方向，大拇指應向上握住電磁鐵，所以上端為N極，B端的磁極為S極。（2）滑動變阻器的滑片P向右移動時，連入電路的電阻變大，電路中的電流變小，電磁鐵的磁性減弱。三、作圖與簡答題7（2019德州）如圖所示，在電磁鐵上方用彈簧掛著一個條形磁體，閉合開關S，條形磁體靜止后，滑片P向右滑動時彈簧伸長。請用箭頭標出磁感線的方向，并用“+”“”在括號內標出電源正負極。【答案】如圖所示：【解析】（1）首先要明確電磁鐵磁性強弱的影響因素：有無鐵芯、電流大小、線圈匝數的多少。根據滑動變阻器的滑片P向右移動時彈簧縮短，確定電磁鐵磁性強弱的變化，根據磁體間的相互作用規律，從而可以判斷出電磁鐵的磁極極性。由安培定則可判斷出圖中電源的正負極。（2）根據磁體周圍的磁感線都是從N極出來，回到S極，進行判斷。滑動變阻器的滑片P向右移動時，電路中的電阻變小，則電路中的電流變大，磁鐵的磁性變強，此時彈簧伸長，根據同名磁極相互排斥可知，通電螺線管上端為N極，下端為S極；右手握住螺線管，大拇指指向N極，四指指向電流的方向，則電流從螺線管的上后端流出，下前端流入，則電源右端為負極，左端為正極。磁體周圍的磁感線都是從N極出來，回到S極。8.（2017福建）如圖所示，是一種安全門鎖的工作原理示意圖保安室里的工作人員通過開關即可控制安全門鎖的開、閉請你根據示意圖，分析安全門鎖的工作原理【答案】見解析。【解析】閉合開關后，電磁鐵中有電流通過，電磁鐵具有磁性，能吸引鐵質插銷使門鎖打開，并且彈簧被拉長；斷開開關后，電磁鐵中無電流通過，電磁鐵會失去磁性，鐵質插銷會在彈簧彈力的作用下插入插槽，門鎖關閉四、實驗探究題9（2018青島）探究電生磁。 根據圖1可知：電流的磁場方向與 方向有關據圖2可知：通電螺線管外部的磁場與 磁體的磁場相似。根據圖2中小磁針的指向，標出電源的正、負極根據圖3可知：電磁鐵磁性的強弱跟 有關。要使圖3中乙電磁鐵的磁性增強，可以 。【答案】電流；條形；如圖；線圈匝數；將滑動變阻器的滑片向左移動。【解析】根據圖1可知：電流方向改變，小磁針偏轉方向發生改變，這說明電流的磁場方向與電流方向有關；據圖2可知：通電螺線管外部的磁場與條形磁體的磁場相似的；小磁針靜止時N極的指向與磁感線的方向是相同的，磁感線是從N極出來，然后回到S極的，故通過螺線管的右端為N極，根據安培定則可知，螺線管中電流方向是向下的，即電源右端為正極；如圖：；根據圖3可知：在電流相同時，線圈匝數越多的，吸引的大頭針個數越多，這說電磁鐵磁性的強弱跟線圈匝數有關。通過增大電流可以增大電磁鐵的磁性，故可以將滑動變阻器的滑片向左移動，滑動變阻器接入電路的電阻減小，電路中的電流變大。10.（2019福建模擬題）為了探究“電磁鐵的磁性強弱與哪些因素”有關，做了以下幾次實驗，實驗現象如圖所示。根據圖示現象回答下列問題：（1）通過觀察圖甲中A與B兩個電磁鐵，當通過線圈的電流相同時、有無鐵芯相同時，電磁鐵線圈的匝數越多，它的磁性就越_。（2）通過觀察圖甲中B與C兩個電磁鐵，當通過線圈的電流相同時、線圈的匝數相同時，_鐵芯的電磁鐵，它的磁性就越強。（選填“有”或“無”）（3）通過觀察圖乙與丙，當線圈的匝數相同、有無鐵芯相同時，電磁鐵的電流越_，它的磁性就越強。（4）結論：影響電磁鐵磁性強弱的因素有_【答案】（1）強 （2）有（3）大（4）通過電磁鐵的電流大小、線圈的匝數、有無鐵芯【解析】（1）圖甲中A、B兩電磁鐵，通過線圈的電流相同時、有無鐵芯相同時，線圈的匝數越多，吸引大頭針數目越多，表明它的磁性就越強（2）圖甲中B、C兩電磁鐵，通過線圈的電流相同時、線圈匝數相同時，有鐵芯的電磁鐵吸引大頭針數目越多，表明它的磁性就越強（3）線圈的匝數相同、有無鐵芯相同，圖丙中滑動變阻器連入電路的電阻變短，電阻變小，電路中電流增大，電磁鐵吸引大頭針增多，電磁鐵的磁性增強說明通過電磁鐵的電流越大，它的磁性就越強（4）結論：影響電磁鐵磁性強弱的因素有通過電磁鐵的電流大小、線圈的匝數、有無鐵芯點評：（1）掌握電磁鐵磁性強弱的影響因素能用控制變量法和轉換法探究電磁鐵磁性強弱的影響因素五、綜合能力題11（2019河南模擬題）如圖所示為一恒溫箱溫控電路，包括工作電路和控制電路兩部分。R為熱敏電阻（置于恒溫箱內），阻值隨溫度變化的關系如圖所示。恒溫箱溫控電路工作原理是：加熱過程中，恒溫箱溫度升高到一定值時，控制電路中電流會達到一定值，繼電器的銜鐵被吸合，工作電路停止加熱。（1）圖中所示狀態，電路