20.3電磁鐵電磁繼電器

【學習目標】

1.了解什么是電磁鐵，知道電磁鐵的特性和工作原理；

2.知道影響電磁鐵磁性強弱的因素；

3.了解電磁鐵在生活中的廣泛應用；

4.了解電磁繼電器的結構和工作原理：

5.初步認識電磁學知識的實際應用。

【學習重點】

電磁鐵及影響電磁鐵磁性強弱的因素、電磁鐵的應用。

【學習難點】

電磁繼電器的應用。

【自主學習】

預習課本第129-第132頁，回答下列問題:

一、電磁鐵

1.如圖所示，把一根導線繞成螺線管，再給螺線管內插入鐵芯,當有電流通過它時，它也可以像永久磁

鐵那樣工作。這種磁體，在有電流通過時直（選填“有''或"沒有"）磁性，沒有電流通過時沒有（選填“有”

或“沒有"）磁性，我們把這種磁體叫做電磁鐵。電磁鐵的工作原理是電流磁效應。

螺線管

電磁鐵的結構T

2.內部插有鐵芯的螺線管叫做電磁鐵,它是利用電流的磁效應工作的。

3.說明：（1）鐵芯磁化后對螺線管起加強磁性的作用；（2）鐵芯必須由軟鐵制成（保證斷電后磁性

會消失）。

4.電磁鐵的優(yōu)點：1）電磁鐵磁性有無，可由電流的有無來控制:2）電磁鐵磁性強弱，可由電流大小和

線圈匝數(shù)的多少來控制；3）電磁鐵的磁性可由電流方向來改變。

二、電磁繼電器

1.電磁繼電器結構：如圖所示，由電磁鐵、銜鐵、黃片、觸點等組成。

2.工作原理：電磁鐵通電時，具有J'磁性，吸引銜鐵，使動觸點和下觸點接觸，工作電路接通;電磁

鐵斷電時，失去磁性,彈簧把銜鐵拉起來，斷開工作電路。

3.作用：利用低電壓、小電流電路的通斷，來間接控制直電壓、大電流的電路，從而實現(xiàn)遠距離操縱

和自動控制，其本質就是利用電磁鐵原理工作的自動開關。

【合作探究】

分組進行以下探究活動，最后歸納總結：

探究一：探究影響電磁鐵磁性強弱的因素

1.實驗中，通過吸引大頭針的個數(shù)判斷電磁鐵磁性的強弱,這里運用了轉換法。

2.探究電磁鐵磁性的有無

①操作：按下圖連接電路，分別閉合、斷開開關，觀察現(xiàn)象。

②現(xiàn)象：通電時，電磁鐵吸引（選填"吸引”或"不吸引”）大頭針（甲圖）；斷電時，電磁鐵不吸引（選

填“吸弓I”或"不吸引”）大頭針（乙圖）。

③結論：電磁鐵通電時具有磁性,斷電時沒有磁性。

3.探究電磁鐵的磁性強弱跟電源大個的關系

①操作：按下圖連接電路，調整變阻器的滑片，改變電路中的電流,觀察現(xiàn)象。

②現(xiàn)象：電流較小時，電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量較少（甲圖）；電流較大時，電磁鐵吸引大頭針的數(shù)

量較魚（乙圖）。

③結論：通過電磁鐵的電流越大，電磁鐵的磁性越強。

4.探究電磁鐵的磁性強弱跟繾圉呼藜的關系

①操作：按下圖連接電路，閉合開關，觀察現(xiàn)象。

②現(xiàn)象：電流相等時,電磁鐵線圈匝數(shù)越多，吸引的大頭針越魚（電磁鐵甲）；電磁鐵線圈匝數(shù)越少,

吸引的大頭針越少（電磁鐵乙）。

③實驗結論：電流一定時，電磁鐵線圈的匝數(shù)越多，磁性越強。

5.知識歸納

（1）影響電磁鐵磁性強弱的因素有：電流大小、線圈匝數(shù)、鐵芯的大小。

（2）電磁鐵的優(yōu)點：

1）電磁鐵的磁性有無可以通過通、斷開關來控制:

2）電磁鐵磁極的極性可以通過改變電流方向來控制;

3）電磁鐵的磁性強弱可以通過改變通入電磁鐵的電流大小和線圈匝數(shù)來控制。

探究二：電磁繼電器的應用

1.課外興趣小組自制了一個“溫度自動報警器”（原理如圖所示）。

（1）使用時發(fā)現(xiàn)電磁鐵的磁性不夠強，改進的辦法有增大電流（增加線圈的而數(shù)）（只需填出一種）。

（2）要使圖中的電磁鐵通電時左端為N極，a點應接電源的負極。

（3）當溫度升高時，水銀面升高，當溫度達到金屬絲下端所指的溫度時，控制電路被接通，電磁鐵線

圈中就有電流通過,使觸點開關閉合,工作電路形成回路，電鈴就響起來，發(fā)出報警信號。

2.水位自動報警器

下圖是一種水位自動報警器的原理圖。當水位沒有達到A金屬時，電磁鐵中沒有（選填“有”或“沒有”）

電流，綠燈亮；當水位達到A金屬時，電磁鐵中直（選填“有”或“沒有”）電流，紅燈亮。

綠Q

如圖所示是直流電鈴的工作原理示意圖。鈴錘與銜鐵的一端固定，銜鐵與彈性片相連，在自然情況下

彈性片是和螺釘接觸的。接通電源，電磁鐵具有磁性從而吸引銜鐵，鈴錘敲擊鈴碗發(fā)聲；同時彈性片與螺

釘分離導致電路斷開,此時電磁鐵失去磁性,釋放銜鐵，彈性片又和螺釘接觸，使電路接通,鈴錘敲擊鈴

碗發(fā)聲，如此循環(huán)往復。

【課堂檢測】

1.將自制的電磁鐵連入如圖所示的電路中，閉合開關S,發(fā)現(xiàn)電磁鐵的右端吸引了少量鐵釘，為了使它

吸引更多的鐵釘，下列操作可行的是（）。

A.增加線圈匝數(shù)B.將鐵棒換成鋁棒

C.將滑片P向右移動D.將電源正、負極互換

【答案】Ao

【解析】電磁鐵的磁性強弱與電流的大小、線圈匝數(shù)和有無鐵芯有關;

A.增加線圈匝數(shù)，可以使電磁鐵的磁性增強，能吸引更多的鐵釘，故A符合題意;

B.鐵容易被磁體或者電流磁化而獲得磁性；但鋁不能被磁化，將鐵棒換成鋁棒會使磁性減弱，不能吸

引更多的鐵釘，故B不符合題意；

C.將滑片P向右移動，滑動變阻器的電阻變大，電路中的電流變小，電磁鐵的磁性減弱，不能吸引更

多的鐵釘，故C不符合題意；

D.將電源正負極互換，不能增強電磁鐵的磁性，不能吸引更多的鐵釘，故D不符合題意；故選A。

2.如圖所示，下列說法正確的是（）.

A.通電螺線管的下端為S極；

B.要增強通電螺線管的磁性可以對調電源的正負極；

C.當變阻器的A接F,D接E時，電磁鐵與磁鐵相互吸引；

D.當變阻器的A接E,D接F時，將滑動變阻器的滑片P向右移動，彈簧測力計的示數(shù)會變大

【答案】D。

【解析】A.從圖可知，電流從螺線管的下端流入，上端流出，根據(jù)安培定則可知，螺線管下端是N

極，上端是S極，故A錯誤。

B.電磁鐵磁性強弱影響因素：電流大小、線圈匝數(shù)多少、有無鐵芯，對調電源的正負極不能增強通電

螺線管的磁性，故B錯誤；

CD.當變阻器的A接F,D接￡時一，螺線管下端是N極，上端是S極，電磁鐵與磁鐵相互排斥；當變

阻器的A接E,D接F時，將滑動變阻器的滑片向右端移動時，滑動變阻器接入電阻增大，則由歐姆定律

/=g■可得電路中電流變小，則通電螺線管的磁性將減弱，電磁鐵與磁鐵相互排斥力減小，彈簧測力計的

R

示數(shù)會變大，故c錯誤，D正確。

3.如圖所示，閉合電磁鐵開關S,條形磁鐵靜止在水平桌面上。下列判斷正確的是（）。

A.條形磁鐵受到電磁鐵對其向左的作用力；

B.條形磁鐵受到桌面對其向左的摩擦力；

C,將滑動變阻器的滑片向右移動，條形磁鐵受到的摩擦力不變；

D.若只改變電源的正負極，條形磁鐵受到的摩擦力變大

【答案】Ao

【解析】A.由安培定則得，右手握住螺線管，四指指向電流的方向，大拇指指向電磁鐵右端為N極，

左側為S極，同名磁極相互排斥，所以條形磁鐵受到電磁鐵對其向左的作用力，故A正確；

B.條形磁鐵處于靜止狀態(tài)，水平方向上受到平衡力的作用，水平向左的排斥力和桌面對條形磁鐵的水

平向右的摩擦力為一對平衡力，故B錯誤；

C.將滑動變阻器的滑片向右移動，滑動變阻器接入電路的電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的電

流變小，電磁鐵的磁性變弱，排斥力變小，摩擦力和排斥力是一對平衡力，大小相等，所以摩擦力變小，

故C錯誤；

D.若只改變電源的正負極，電流的方向改變，大小不變，則電磁鐵的磁性不變，條形磁體受到電磁鐵

的吸引力大小等于原來的排斥力大小，此時吸引力與摩擦力是一對平衡力，大小相等，則摩擦力不變，故D

錯誤。故選A。

4.如圖所示，電磁鐵的右下方有一鐵塊，在彈簧測力計作用下向左做勻速直線運動，在鐵塊從電磁鐵的

右下方運動到正下方的過程中，滑片P逐漸向a端滑動，下列判斷正確的是（）。

A.電磁鐵的磁性逐漸減弱;

B.電磁鐵的上端為S極；

C.鐵塊對地面的壓強逐漸變大;

D.彈簧測力計的示數(shù)逐漸變大

【答案】B。

【解析】A.滑片P逐漸向a端滑動，滑動變阻器接入電路中的電阻變小，電路中電流變大，電磁鐵的

磁性逐漸增強，故A錯誤；

B.電流從電磁鐵的下側接線柱流進，用右手定則判斷出電磁鐵的下端為N極，上端為S極，故B正

確；

C.電磁鐵的磁性增強，對鐵塊產生向上的吸引力，所以鐵塊對地面的壓力變小，但受力面積不變，壓

強「=￡,所以鐵塊對地面的壓強逐漸變小，故c錯誤；

S

D.鐵塊對地面的壓力變小，接觸面的粗糙程度不變，所以地面對鐵塊的摩擦力變小，鐵塊做勻速直線

運動，彈簧測力計對它的拉力和它受到的摩擦力是一對平衡力，所以拉力變小，故D錯誤。故選B。

5.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。如圖是研究巨磁電阻特性的原理示意圖。實驗發(fā)現(xiàn)，當閉合Si、S2后使滑片P

向右滑動過程中，指示燈明顯變暗，以下判斷正確的是（）。

A.電磁鐵左端為S極；

B.流過燈泡的電流增大；

C.巨磁電阻的阻值隨磁場的減弱而明顯增大；

D.巨磁電阻的阻值與磁場的強弱沒有關系

【答案】C?

【解析】（1）由安培定則可知，電磁鐵左端為N極，故A錯誤；

（2）滑片P向右滑動過程中，電阻變大，電流變小，通電螺線管的磁性減弱，而指示燈明顯變暗，故

B錯誤；

（3）滑片向右滑動的過程中，右邊電路中的指示燈明顯變暗，則說明右邊電路的電流變小了，巨磁電

阻的電阻變大了，即巨磁電阻的阻值隨磁場的減弱而明顯增大。故C正確，D錯誤。故選C。

6.在一次物理實驗中，小于同學連接了如圖所示的電路，電磁鐵的B端有一個可自由轉動的小磁針，閉

合開關后，下列說法錯誤的是（）。

A.電磁鐵的A端為N極；

B.小磁針靜止時，N極水平指向左；

C.利用這一現(xiàn)象所揭示的原理可制成的設備是發(fā)電機；

D.當滑動變阻器滑動片P向右端移動，電磁鐵磁性增強

【答案】Co

【解析】A、由圖知，電流從螺線管的右端流入、左端流出，根據(jù)安培定則可知，電磁鐵的A端是N

極，B端是S極，故A正確；

B、電磁鐵的B端是S極，由磁極間的作用規(guī)律可知，小磁針靜止時，左端是N極，即N極水平指向

左，故B正確；

C、該實驗表明了電能生磁，利用這一現(xiàn)象所揭示的原理可制成電磁鐵，故C錯誤；

D、當滑動變阻器滑動片P向右端移動時，變阻器接入電路的電阻變小，電路中電流變大，則電磁鐵的

磁性變強，故D正確；故選C。

7.電梯為居民上下樓帶來很大的便利，出于安全考慮，電梯設置了超載自動報警系統(tǒng)，其工作原理如圖

所示，電梯廂底層裝有壓敏電阻K、R2為保護電阻，K為動觸點，A、B為靜觸點，當出現(xiàn)超載情況時，

電鈴將發(fā)出報警聲，此時電梯（能/不能）運行，電磁鐵的上端是極，電梯超載時報警說明

壓敏電阻的阻值隨壓力增大而。

【答案】不能；S；減小。

【解析】工作時，電流從電磁鐵的下面導線流入，利用安培定則判斷出電磁鐵的下端為N極，上端為

S極；

正常情況下（未超載時），銜鐵沒有被彈簧拉起，K與靜觸點A接觸，電梯正常工作；

超載時，隨著壓力的增大，壓敏電阻的阻值隨著減小，電路中的電流逐漸增大，電磁鐵的磁性逐漸增

強，動觸點K與靜觸點B接觸，電鈴報警，電梯不工作。

故答案為：不能；S；減小。

8.如圖所示是探究電磁鐵磁性特點的電路圖，閉合開關后，其電磁鐵的A端是極，當滑動變阻

器的滑片P向a端滑動時，電流表的示數(shù)（選填“變大”“變小”或“不變”），電磁鐵的磁性（選

填，，變強，，，，變弱，，或，，不變，，）。

J.H

R

R

B

8

【解析】（1）根據(jù)安培定則可知，四指的方向為電流的方向，大拇指的方向即為N極的方向，故B為N

極，A為S極。

（2）當滑動變阻器的滑片P向a端滑動時，滑動變阻器接入的電阻變大，總電阻變大，電源電壓不變，

故電流表的示數(shù)變小。

（3）電流變小，通電螺線管的磁性變弱。

9.如圖所示的電路中，當開關S撥到a后，電磁鐵左端為極，小磁針靜止時，B端是極;

當開關S由a撥到b,調節(jié)滑動變阻器，使電流表的示數(shù)仍保持不變，則電磁鐵的磁性（選填"增強”、

“不變”或“減弱”）。

【答案】(1)N；(2)S；(3)減弱。

【解析】從圖可知，當開關S撥到a時，電流從螺線管的右端流入，左端流出，根據(jù)安培定則可知，

螺線管左端是N極，右端是S極。由磁極間的相互作用可知，小磁針靜止時B端為N極。

在此實驗裝置中，保持電流不變，將開關S由a換到b,則減少了線圈的匝數(shù)，因此通電螺線管的磁性

減弱。

10.圖示是學校走廊燈的自動制電路，走廊入口上方安裝有反射式光電傳感器，開關閉合時，當人靠近

到一定距離，從光電傳感器上發(fā)射的紅外線經(jīng)人體反射后被接收器接收，接收器中的光敏電阻Ro的阻值減

小，通過定值電R的電流(選填“變大”、“變小”或“不變”)同時電磁鐵的磁性(選填“變

強"、"變弱"、"不變”)，工作電路接通，燈泡L發(fā)光，圖中電磁鐵的上端是極。

S

S

C

【答案】變大：變強；S。

【解析】如圖，自動控制電路的光敏電阻心與定值電阻R串聯(lián)，由題意知，當人靠近到一定距離時,

從光電傳感器上發(fā)射的紅外線經(jīng)人體反射后被接收器接收，接收器中的光敏電阻R