（人教版）九年級物理電磁鐵、電磁繼電器（教學設計）

20.3電磁鐵、電磁繼電器（教學設計）年級九年級授課時間課題20.3電磁鐵、電磁繼電器教學目標1.描述電磁鐵；說明電磁鐵的特點和工作原理.2.能通過實驗，得出電磁鐵磁性強弱與哪些因素有關.3.能說明電磁繼電器的結(jié)構及工作原理，了解電磁繼電器在生產(chǎn)、生活中的應用.教材分析本節(jié)是前面電磁知識的延續(xù)。電磁鐵在生產(chǎn)、生活中的應用非常廣泛，最直接的應用是電磁起重機。電磁鐵還是電磁繼電器、電鈴和自動控制電路中的重要部件。本節(jié)內(nèi)容由“電磁鐵”“電磁鐵的磁性”和“電磁繼電器”三部分組成。本節(jié)教學的重點是“電磁鐵的磁性”。突出教學重點的關鍵是做好“電磁鐵磁性強弱與哪些因素有關”的實驗，引導學生參與實驗、分析現(xiàn)象，體驗科學探究的方法。本節(jié)教學的難點是電磁繼電器的工作原理及其應用。教學時可在介紹電磁繼電器的結(jié)構后結(jié)合實際應用剖析電磁繼電器的工作原理，以突破教學難點。教學器材干電池三節(jié)（或?qū)W生電源），大鐵釘兩枚，大鋼釘一枚，鋁筒一個，漆包線（1m和1.2m各一根），小刀一把，大頭針（或細鐵屑）適量，開關、滑動變阻器一只，演示用電磁鐵。多媒體ppt，包含視頻《電磁起重機》、《探究影響電磁鐵磁性強弱的因素》、《電磁繼電器》、《電磁鐵電磁繼電器》等。教學過程教師活動學生活動導入新課【回憶知識并提問】1.回憶通電螺線管的磁場通電螺線管外部的磁場和條形磁體的磁場一樣，它的兩端磁性最強，相當于條形磁體的兩個磁極。通電螺線管兩端的極性與其中的電流方向有關。2.在生活中我們經(jīng)?？吹揭恍┐笮蜋C器在工作，而它們的電流可達幾十、上百安，人工直接來控制或操作是很危險的，那怎么才能控制這些強大的電流？利用電磁鐵制成的電磁繼電器，可以完成這一任務。什么是電磁鐵？電磁鐵的磁性強弱與哪些因素有關？有哪些應用？這節(jié)課我們就學習有關電磁鐵、電磁繼電器的知識—《20.3電磁鐵電磁繼電器》?；貞浲娐菥€管的磁場的情況，思考問題，進入情景。學習新課一、電磁鐵【出示電磁鐵并講解】1.概念：內(nèi)部插有鐵芯的螺線管，在有電流通過時有磁性，沒有電流時就失去磁性，這種磁體叫做電磁鐵。如圖所示。2.特點：有電流通過時有磁性，沒有電流時就失去磁性。電磁鐵電磁鐵3.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。4.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?！纠}1】（多選）下列有關電磁鐵的說法中，正確的是（AD）A.鐵芯使通電電磁鐵的磁性增強B.電磁鐵斷電后，仍然有很強的磁性C.電磁鐵的鐵芯可以用銅棒代替D.電磁鐵是根據(jù)電流的磁效應制成的【解析】A.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。故A正確。B.電磁鐵斷電后，會失去磁性，故B錯誤。C.電磁鐵的鐵芯不能用銅棒代替，因銅棒不能被磁化，故C錯誤。D.電磁鐵是根據(jù)電流的磁效應制成的，故正確。觀察電磁鐵，說出其構造與工作原理。會判斷電磁鐵磁極的極性。做例題1，理解電磁鐵的相關知識。學習新課1.探究影響電磁鐵磁性強弱的因素【提出問題】電磁鐵磁性的強弱與哪些因素有關?【歸納形成假設】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。②構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?！驹O計并進行實驗】（1）實驗方法①控制變量法：控制電磁鐵線圈的匝數(shù)不變，改變線圈中電流的大?。豢刂齐姶盆F線圈的電流不變，改變線圈匝數(shù)。②轉(zhuǎn)換法：根據(jù)電磁鐵吸引鐵釘或曲別針等數(shù)量的多少來判斷電磁鐵的磁性強弱。（2）實驗器材與電路把電磁鐵、電源（帶開關）、滑動變阻器、電流表等組成串聯(lián)電路。（3）進行實驗①按照電路圖，把滑動變阻器、電流表和一電磁鐵串聯(lián)起來，移動變阻器的滑片P，改變電路中的電流。觀察電磁鐵吸引曲別針的數(shù)目有什么變化。CC②把三個匝數(shù)不同的電磁鐵串聯(lián)在電路中，觀察電磁鐵吸引曲別針的數(shù)目有什么變化。（4）分析論證實驗①中，通過電磁鐵的電流越大，吸引曲別針的數(shù)目越多，說明電磁鐵的磁性越強；實驗②中，線圈匝數(shù)多的c電磁鐵吸引曲別針的數(shù)目最多，說明c電磁鐵的磁性比a與b電磁鐵的磁性強。（5）實驗結(jié)論線圈匝數(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。2.電磁鐵的優(yōu)點【根據(jù)實驗結(jié)論進行歸納】（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?！静シ乓曨l】——《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。（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?！静シ乓曨l】——《電磁起重機》【例題2】小華想用自制電磁鐵探究影響電磁鐵磁性強弱的因素。（1）他用相同的漆包線和____（選填“鋼釘”或“鐵釘”）繞制成兩個電磁鐵A和B，B釘上繞有更多匝數(shù)的線圈，實驗裝置如圖所示；（2）如圖甲，閉合開關，將滑動變阻器的滑片P向右移動，能吸引的大頭針_____（選填“更多”“不變”或“更少”），說明在線圈匝數(shù)一定時，電磁鐵的磁性強弱與__________有關；（3）如圖乙，把電磁鐵A和B串聯(lián)。閉合開關，多次移動滑動變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電磁鐵B總比A能吸引更多的大頭針，通過比較，得出的結(jié)論是______?！敬鸢浮浚?）鐵釘；（2）更少，電流大小；（3）見解析.【解析】（1）鋼是硬磁性材料，鐵是軟磁性材料。硬磁性材料磁化后不易退磁，軟磁性材料磁化后很少保留磁性。因此用相同的漆包線和鐵釘繞制成兩個電磁鐵A和B，實驗裝置如圖所示。（2）圖甲中，閉合開關，將滑動變阻器的滑片P向右移動，滑動變阻器連入電路的電阻變大，電路電流變小，電磁鐵磁性變?nèi)?，能吸引更少的大頭針，根據(jù)控制變量法可知，在線圈匝數(shù)一定時，電磁鐵的磁性強弱與電流大小有關。（3）圖乙中，電磁鐵A和B串聯(lián)。閉合開關后，電磁鐵A和B通過的電流相等，但電磁鐵B比電磁鐵A的線圈匝數(shù)多，多次移動滑動變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電磁鐵B總比A能吸引更多的大頭針，根據(jù)控制變量法，可得出的結(jié)論是在電流大小一定時，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強。進行猜想形成假設。與老師一起設計實驗，進行實驗或觀察現(xiàn)象，通過分析論證，逐步得出影響電磁鐵磁性強弱的因素。根據(jù)實驗結(jié)論思考電磁鐵的優(yōu)點，回答。觀看視頻，了解完整的探究過程。思考，生活中應用電磁鐵的實例。做例題2，能夠歸納出影響電磁鐵磁性強弱的因素。學習新課【提問】在生產(chǎn)技術中，一些大型機器在工作時的電流大，電壓高，人們直接控制或操作是很危險的，那怎么才能控制這些強大的電流？原來人們使用了電磁繼電器，下面學習電磁繼電器的工作原理。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。電磁繼電器實質(zhì)上是利用電磁鐵來控制工作電路的一種開關。2.電磁繼電器的構造與工作電路主要有電磁鐵、銜鐵、彈簧、動觸點、靜觸點等組成。（1）控制電路：電磁鐵、銜鐵、彈簧、低壓電源、開關等.（2）受控電路：高壓電源、電動機、動、靜觸點.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，受控的高壓工作電路閉合，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.4.電磁繼電器的作用（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；（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?！静シ乓曨l】——《電磁繼電器》5.電磁繼電器的應用實例（1）溫度自動報警器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。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。（2）機械電鈴下圖是直流電鈴的原理圖。銜鐵B與彈性片A相連，電源斷開時，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。（3）水位自動報警器原理如圖所示，當水位上漲時，水與金屬A接觸，由于水（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，則紅燈發(fā)光；當水位下降時，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，則綠燈亮?！纠}3】感應照明燈可以在天暗時自動發(fā)光，天亮時自動熄滅；控制電路如圖所示，電源電壓恒定，R1為定值電阻，R2為光敏電阻，其阻值隨光照強度而變化。（1）如圖，圓形虛線框內(nèi)為本電路的核心部件，它是通過低電壓、弱電流來控制高電壓、強電流的電路通斷的裝置，其名稱為_______，它的原理是__________；（2）在本圖中，當控制電路電，流增大到一定程度時，受控電路將_______（選填“接通”或“斷開”）；（3）光照強度增大時，光敏電阻R2的阻值______，電壓表示數(shù)______（選填“增大”“減小”或“不變”）.【答案】（1）電磁繼電器，電流的磁效應；（2）斷開；（3）減小，減小.【解析】（1）電磁繼電器功能是利用控制電路的低電壓、弱電流來控制工作電路的高電壓、強電流，其主要部件是電磁鐵，電磁鐵是利用電流的磁效應原理工作的。（2）控制電路電流增大到一定程度時，電磁鐵磁性增強，將銜鐵吸下，受控電路斷開，燈L熄滅；（3）感應照明燈可以在天暗時自動發(fā)光，天亮時自動熄滅，說明光照強度增大時，光敏電阻R2的阻值減小，控制電路電流增大，電磁鐵磁性增強，將銜鐵吸下，受控電路斷開，燈L熄滅；控制電路電流增大，定值電阻R1兩端的電壓增大，電源電壓不變，光敏電阻R2兩端的電壓變小，即電壓表的示數(shù)減小。知道電磁繼電器的概念。通過觀看圖片或視頻，理解電磁繼電器的構造、工作電路與原理。知道電磁繼電器的作用。知道電磁繼電器的應用實例.嘗試分析機械電鈴與水位自動報警器原理。做例題3，會綜合運用電磁繼電器等知識分析生活中的實際問題。課堂練習課堂練習1.關于電磁鐵，下列說法中正確的是（）A．電磁鐵內(nèi)部的鐵芯最好用鋼材料制成B．電磁鐵的磁極不能改變C．電磁鐵磁性的強弱與通入的電流方向有關D．電磁鐵磁性的強弱與通入電流的大小有關【答案】D?！驹斀狻緼．電磁鐵的鐵芯需用軟磁性材料制成，使之通電有磁性，斷電無磁性，故A錯誤；B．電磁鐵的磁極隨著電流方向的變化而變化，故B錯誤；C．電磁鐵磁性的極性與通入的電流方向有關，電磁鐵磁性的強弱與通入的電流方向無關，故C錯誤。故選D。2.小明利用鐵釘與漆包銅線制成一個電磁鐵，并將其接入電路，如圖所示。當開關閉合后（）A．鐵釘中有電流產(chǎn)生B．鐵釘?shù)臏囟燃眲∩逤．鐵釘能吸引大頭針D．鐵釘能吸引小紙屑【答案】C?！驹斀狻緼．鐵釘與漆包銅線制成電磁鐵，并將其接入電路時，由于電流的磁效應，鐵釘會產(chǎn)生磁性，但不會在鐵釘里產(chǎn)生電流，故A項不符合題意；B．鐵釘中沒有電流，不會因為電流的熱效應而發(fā)熱，漆包銅線的電阻較小，當導線中有電流時，電流產(chǎn)生的熱量較少，鐵釘?shù)臏囟炔粫眲∩?，故B項不符合題意；CD．鐵釘與漆包銅線制成電磁鐵，電磁鐵通電后鐵釘有磁性，吸引大頭針，不能吸引小紙屑，故C項符合題意，D項不符合題意。所以選C.3.小明把表面涂有絕緣層的導線繞在一根大鐵釘上，把導線和其他元件連接成如圖所示的電路，用來探究電磁鐵磁性強弱與什么因素有關。小明把開關閉合后，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，但電磁鐵不能吸起大頭針。（1）電磁鐵不能吸起大頭針的可能原因是_____。（2）寫出驗證你的猜想是否正確的方法：______?！敬鸢浮浚?）導線中的電流過小；（2）見解析。

【詳解】（1）閉合開關后，電路中有電流通過，通電螺線管有磁場，但電磁鐵不能吸起大頭針，可能原因是導線中的電流過小，造成磁場過弱，磁場力小于大頭針的重力。（2）斷開開關，向左移動滑動變阻器的滑片以增大電路中的電流，閉合開關后將電磁鐵靠近鐵釘，觀察電磁鐵能否將鐵釘吸起。4.黨的二十大報告指出“科技是第一生產(chǎn)力”。某學校為了培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，組織科技創(chuàng)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【答案】D?！驹斀狻繄D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，電磁鐵有磁性，電磁鐵向下吸引銜鐵，從而接通紅燈所在電路，此時紅燈亮，而綠燈不亮。故選D。5.為實現(xiàn)節(jié)能和智能控制，空調(diào)內(nèi)部用到了溫度傳感器（相當于熱敏電阻）和電磁繼電器，如圖所示是啟動與停止空調(diào)壓縮機的電路示意圖。夏天，空調(diào)制冷時，房間溫度降低，當房間溫度低于設定溫度時，工作電路就斷開，停止制冷。下列說法正確的是（）A．電磁繼電器是利用電磁感應原理工作的B．空調(diào)制冷使房間溫度降低時，熱敏電阻的阻值變大C．空調(diào)制冷使房間溫度降低時，電磁鐵的磁性變強D．空調(diào)制冷使房間溫度降低時，控制電路消耗的電功率變大【答案】B?！驹斀狻緼．電磁繼電器是使用低電壓、弱電流的控制電路，控制高電壓、強電流的工作電路，不是利用電磁感應原理工作的，故A錯誤；BC．根據(jù)題意可知，當房間溫度低于設定溫度時，工作電路就斷開，說明溫度越低，電磁鐵磁性越弱，通過的電流越小，熱敏電阻阻值越大，故B正確，C錯誤；D．空調(diào)制冷使房間溫度降低時，控制電路的電壓不變而電流變小，根據(jù)P=UI可知，控制電路消耗的電功率變小，故D錯誤。所以選B.6.按要求作圖：在如圖虛線框內(nèi)畫出電池組和滑動變阻器的符號，并用導線連接好電路，要求：開關閉合，小磁針靜止時如圖所示；當滑動變阻器滑片向右移動時，電磁鐵的磁性增強?！敬鸢浮恳娪覉D?！驹斀狻扛鶕?jù)小磁針靜止時的指向可知：通電螺線管的左端是N極，根據(jù)安培定則，電流應該從左端流入，從右端流出，電源的左端是正極；滑動變阻器串聯(lián)在電路中，當滑動變阻器滑片向右移動時，接入電路的電阻減小，如圖所示：7.請將電磁繼電器電路連接完整。要求：開關閉合時，電動機轉(zhuǎn)，小燈泡不亮；開關斷開時，小燈泡亮，電動機不轉(zhuǎn)?！敬鸢浮恳娪覉D?！驹斀狻块_關閉合時，電磁鐵具有磁性，會吸引銜鐵，使電動機的電路接通；開關斷開時，銜鐵在彈簧拉力的作用下與電磁鐵分離，使小燈泡的電路接通，小燈泡亮，如圖