2.2 電磁鐵 電磁繼電器（解析版）

知識點一、電磁鐵1、概念用一根導線繞成螺線管，再在螺線管內(nèi)插入鐵芯，當有電流通過時由磁性，沒有電流時就失去磁性。我們把這種磁體叫做電磁鐵。2、電磁鐵的構造如圖所示，電磁鐵主要由線圈和鐵芯（由軟鐵制成，不能用鋼，因鋼磁化后磁性不易消失）構成。當線圈通過電流時產(chǎn)生磁場，而鐵芯可以可以在線圈產(chǎn)生磁場時被磁化，產(chǎn)生與螺線管的磁場方向一致的磁場，大大增強了電磁鐵的磁性。3、電磁鐵極性的判斷插入鐵芯只是為了增強螺線管的磁性，不會影響通電螺線管的磁極磁性，仍然可以用安培定則來表述電流方向和磁極之間的關系。拓展培優(yōu)：常見的電磁鐵多數(shù)成U型，目的是使電磁鐵的兩個磁極能同時吸引物體，增大其吸引力。知識點二、電磁鐵的磁性1、電磁鐵的優(yōu)點：（1）磁性強弱與通入的電流大小和線圈的匝數(shù)有關，電流越大，磁性越強；在電流一定時，外形相同的螺線管，線圈的匝數(shù)越多，它的磁性越強；（2）磁性有無可由電路的通斷來控制。通電時有磁性，斷電時磁性立即消失。（注意：電磁鐵中的鐵芯必須采用軟鐵，而不能用鋼，因為鋼能保持磁性）；（3）磁極的性質可以通過電流的方向來改變。2、電磁鐵的特點和應用（1）電磁鐵的特點①磁性的有無可通過通斷電流來控制；②磁極的極性可通過改變電流的方向來實現(xiàn)；③磁性的強弱可通過改變電流大小、線圈的匝數(shù)來控制。（2）電磁鐵在實際生活中的應用①對磁性材料有力的作用。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；②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、磁療設備、測量儀器以及研究微觀粒子的加速器等。3、揚聲器：（1）構造：固定的永磁體，線圈，錐形紙盆。（2）工作原理：它是把電信號轉換成聲信號的一種裝置。由于線圈中通過的電流是交變電流，它的方向不斷改變，線圈就不斷的被永磁體吸引和排斥使線圈來回振動，同時帶動紙盆的振動，于是揚聲器就發(fā)出了聲。知識點三、電磁繼電器1、定義：電磁繼電器時利用低電壓、弱電流的路的通斷，來間接控制高電壓、強電流電路的通斷的裝置，其實質就是利用電磁鐵來控制工作電路的一種開關。含電磁鐵的電路稱為低壓控制電路，被控制的電路稱為高壓工作電路。2、構造及工作原理電磁繼電器的電路包括低壓控制電路、高壓工作電路兩部分，如圖所示?？刂齐娐方油〞r，電磁鐵產(chǎn)生磁性吸下銜鐵，動、靜觸點接觸，接通工作電路；控制電路斷開時，電磁鐵失去磁性，在彈簧作用下釋放銜鐵，動、靜觸點分離，工作電路斷開。從而通過控制電路的通斷來控制工作電路的通斷。3、電磁繼電器的應用遠離高電壓利用電磁繼電器可以通過控制低壓電路通斷間接控制高壓電路的通斷，使人避免高壓觸電的危險，如大型變電站的高壓開關等。遠離有害環(huán)境利用電磁繼電器可以使人遠離高溫、有毒等有害環(huán)境，實現(xiàn)遠距離控制。如核電站中的開關等。實現(xiàn)自動控制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，還可以實現(xiàn)對溫度、壓力、或光照的自動控制。如水位自動報警器、溫度自動報警器等。1、某興趣小組設計了一種路燈自動控制裝置，路燈的通斷由光控開關控制，兩路燈的額定電壓為220V，R為保護電阻，S為光控開關，白天光控并關斷開兩路燈不發(fā)光，晚上光控開關閉合，兩路燈正常發(fā)光。下列電路設計符合要求的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．當開關S閉合時，將銜鐵吸引下來，下面的燈亮，當開關斷開，上面的燈亮，即每一次只能亮一個燈，故A不符合題意；B．工作電壓只有220V，而此選項中兩個燈泡串聯(lián)，兩個燈泡都不能正常發(fā)光，故B不符合題意；C．兩燈泡并聯(lián)，都能正常發(fā)光，且當開關閉合時，銜鐵被吸下，燈泡正常發(fā)光，當開關斷開時，兩燈泡都不發(fā)光，故C符合題意；D．不論開關是否閉合，兩個燈泡都能同時正常發(fā)光，不能同時熄滅，故D不符合題意。故選C。2、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?nèi)酢被颉安蛔儭保??！敬鸢浮縎；變?。蛔冃??！窘馕觥扛鶕?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。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。電流變小，通電螺線管的磁性變?nèi)酢?、如圖是研究巨磁電阻（GMR電阻在磁場中急劇減?。┨匦缘脑硎疽鈭D，閉合開關S1、S2后，電磁鐵右端為極，滑片P向左滑動過程中，指示燈明顯變（選填“亮”或“暗”）。【答案】S；亮?！窘馕觥扛鶕?jù)右手螺旋定則，四指的方向為電流的方向，大拇指為N極，故電磁鐵的右端為S極?；琍向左滑動過程中，電阻變小，電流變大，磁性變強，GMR電阻變小，總電阻變小，電流變大，故燈泡變亮。1、圖甲是磁懸浮臺燈，燈泡內(nèi)部裝有磁體和半導體芯片，燈座內(nèi)有如圖乙所示電磁鐵。燈座通電后，燈泡會懸浮在燈座上方，半導體芯片發(fā)光。下列說法正確的是（）A．發(fā)光的半導體芯片電阻為零B．燈泡懸浮是利用同名磁極相互排斥的原理C．通電后電磁鐵具有磁性說明磁能生電D．通電后電磁鐵的下端為S極【答案】B【解析】A．半導體的導電性能介于導體和絕緣體之間，具有一定的電阻值，因此半導體芯片的電阻不為0，故A錯誤；B．同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引，燈泡懸浮利用了同名磁極相互排斥的原理，故B正確；C．電磁鐵是利用電流的磁效應工作的，當電流流過電磁鐵線圈時，電磁鐵就具有磁性，說明電能生磁，故C錯誤；D．電流從電磁鐵線圈的上端流入，由安培定則可判斷電磁鐵的下端為N極，故D錯誤。故選B。2、如圖所示，閉合開關后，下列說法不正確的是（）A．電鈴利用電流熱效應工作B．電源用來提供電能C．導線用來連接電路元件D．開關用來控制電流通斷【答案】A【解析】A．電鈴的重要部件是電磁鐵，利用電流的磁效應工作的，故A錯誤，A符合題意。B．在電路中，電源是用來提供電能的，將其他形式的能轉化成電能，故B正確，B不符合題意。C．在電路中，導線具有良好的導電性，導線用來連接電路中的各個元件，使電路構成回路，故C正確，C不符合題意。D．在電路中，用開關來控制電路的通斷，故D正確，D不符合題意。故選A。3、如圖所示，是智能扶手電梯的原理圖，其中是壓敏電阻。電梯上無乘客時，電動機轉動變慢，使電梯運動變慢；電梯上有乘客時，電動機轉動變快，使電梯運動變快。下列說法正確的是（）A．電磁鐵上端是極 B．電磁繼電器與發(fā)電機工作原理相同C．電梯上無乘客時，銜鐵與觸點2接觸 D．電梯上有乘客時，壓敏電阻的阻值減小【答案】AD【解析】A．根據(jù)安培定則，伸出右手，四指的方向為電流的方向，大拇指的方向為N極的方向，故電磁鐵的下端為N極，上端為S極，故A正確；B．電磁繼電器工作的原理是電流的磁效應，即通電導線周圍存在磁場，而發(fā)電機工作原理是電磁感應現(xiàn)象，即閉合電路的部分導體切割磁感線時，會產(chǎn)生感應電流，故B錯誤；C．如圖所示，當觸點與1接觸時，電動機與定值電阻R1串聯(lián)，電動機分擔的電壓比較小，轉速比較慢，而當觸電與2接觸時，只有電動機接入電路，電動機轉動變快，故當有乘客時，銜鐵與2接觸，沒有乘客時，銜鐵與1接觸，故C錯誤；D．當有乘客時，銜鐵與2接觸，此時銜鐵被吸下來，說明通過電磁鐵的磁性變強，通過電磁鐵的電流變大，則說明壓敏電阻的阻值變小，故D正確。故選AD。4、如圖所示，是巨磁電阻特性原理的示意圖，其中GMR是一個巨磁電阻，其阻值隨磁場的增強而急劇減小。閉合開關S1、S2，下列說法正確的是（）A．電磁鐵的右端為N極B．當滑片P向右滑動時，電磁鐵磁性增強C．當滑片P向左滑動時，巨磁電阻的阻值增大D．當滑片P向左滑動時，指示燈變亮【答案】D【詳解】A．閉合開關S1，電流從電磁鐵的右端流入，左端流出，根據(jù)安培定則可知電磁鐵左端為N極，右端為S極，故A錯誤；BCD．閉合開關S1、S2，滑片P向右滑動時，滑動變阻器連入電路中的電阻變大，電壓一定，由可知，電流變小，電磁鐵磁性減弱；滑片P向左滑動時，電磁鐵磁性增強，由題可知，巨磁電阻的阻值減小，電壓一定，由可知，電流變大，所以指示燈變亮，故BC錯誤，D正確。故選D。5、創(chuàng)新小組的同學們?yōu)閷W校食堂設計了一個可自動注水的儲水池。如圖是它的簡化裝置圖，電源電壓一定。控制電路中，RN為壓敏電阻，其阻值隨壓力的變化而變化，R0為定值電阻。閉合開關S1、S2，當池中水位上升到一定高度時，觸點分離，工作電路斷開，注水裝置自動停止注水，當池中水位下降到一定位置時，觸點連接，工作電路接通，注水裝置自動開始注水。下列分析正確的是（）A．水位上升時，電磁鐵磁性變?nèi)?B．水位上升時，通過R0電流變小C．水位下降時，R0兩端的電壓變大 D．水位下降時，RN的阻值會變大【答案】D【解析】AB．水位上升時，向池中注水，觸點接觸，當注滿水時，觸點分離，說明RN電阻逐漸減小，電流變大，磁性變強，將銜鐵吸引到下面，故AB錯誤；CD．水位下降時，需要注水，觸點接觸，電磁鐵磁性減弱，故RN的阻值會變大，電流變小，根據(jù)可知，R0兩端的電壓變小，故C錯誤，D正確。故選D。6、下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?！敬鸢浮縇1；導體；L2?！窘馕觥慨斔幌陆禌]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(fā)光。7、如圖甲所示的智能電梯在有、無人乘坐時會以不同的速度運行，這樣可以節(jié)約用電。圖乙所示是其控制電路圖，R是一個壓敏電阻，其阻值隨壓力的減小而增大。當有人走下電梯后，左側電路中電流（選填“增大”、“減小”或“不變”），則圖中電磁鐵的磁性將（選填“增強”、“減弱”或“不變”）?！敬鸢浮繙p?。粶p弱?！窘馕觥慨斢腥俗呦码娞莺螅瑝毫p小，壓敏電阻阻值增大，故左側電路中電流減小，電磁鐵磁性減弱。8、在探究“影響電磁鐵磁性強弱的因素”的實驗中，小明制成簡易電磁鐵甲、乙，并設計了如圖所示的電路。（1）實驗中，通過觀察來判斷電磁鐵磁性的強弱；（2）根據(jù)圖示的情景可知，（選填“甲”或“乙”）吸引的大頭針個數(shù)較多，說明電流一定時，線圈的匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越（選填“強”或“弱”）；當滑動變阻器的滑片向左移動時，電磁鐵甲、乙吸引大頭針的個數(shù)增加，說明電流越，電磁鐵的磁性越強；（3）根據(jù)右手螺旋定則，可判斷出乙電磁鐵的上端是（選填“N”或“S”）極；（4）電磁鐵吸引的大頭針下端分散的原因是?！敬鸢浮课箢^針的數(shù)量；甲；強；大；S；見解析。【解析】（1）電磁鐵的磁性強弱無法用眼睛直接觀察，通過電磁鐵吸引大頭針的多少來反映磁性的強弱。（2）由圖知，兩電磁鐵串聯(lián)，電流相等，甲的線圈匝數(shù)較多，甲吸引的大頭針較多，說明電流相同，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強；由圖知，當滑動變阻器滑片向左移動時，滑動變阻器的電阻變小，電路中的電流變大，電磁鐵甲、乙的磁性增強，吸引大頭針的個數(shù)都增加，所以在線圈匝數(shù)一定時，電流越大，電磁鐵磁性越強；（3）電流從電源的正極流出，經(jīng)滑動變阻器后從乙的上端流入，根據(jù)右手螺旋定則，讓右手四根手指順著電流的方向握住螺線管，伸開大拇指后指向乙電磁鐵的下端，故下端為乙電磁鐵的N極，上端是S極。（4）大頭針被磁化，大頭針下端的磁極相同，互相排斥，所以下端分散。1、在圖中的自動控制電路中，當控制電路的開關S閉合時，工作電路的情況是()A.燈不亮，電鈴響B(tài).燈不亮，電鈴不響C.燈亮，電鈴不響D.燈亮，電鈴響【答案】A【解析】當控制電路的開關S閉合時，控制電路中有電流，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵，動觸頭和下面電路接通，電鈴工作，和上面的電路斷開，所以燈不亮。2、電梯設置有超載自動報警系統(tǒng)，其工作原理如圖所示，R為保護電阻，壓敏電阻的阻值隨壓力的增大而減小。下列說法正確的是()。A.控制電路接通后，電磁鐵的上端為N極B.電梯正常運行時K與B接觸C.超載時電磁鐵磁性增大D.處于圖示位置時電磁鐵對銜鐵的吸引力大約是彈簧彈力的3倍【答案】C【解析】此題主要考查的是學生對電磁鐵和電磁繼電器的原理、磁性強弱的影響因素、安培定則和杠桿平衡條件的理解和掌握，知識點較多，但都是基礎性題目。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上端為S極，下端為N極，故A錯誤；正常情況下(未超載時)，銜鐵被彈簧拉起，K與靜觸點A接觸，故B錯誤；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，故C正確；可以把銜鐵看成是一個杠桿，處于圖示位置時，電磁鐵對銜鐵的吸引力的力臂是彈簧彈力力臂的3倍，由杠桿的平衡條件可知，電磁鐵對所銜鐵的吸引力大約是彈簧彈力的1/3，故D錯誤。3、近期，我國南方各地普降暴雨，城市內(nèi)澇給人們生活帶來很大影響.小明設計了一種利用電磁繼電器來自動控制抽水機工作的電路：當水位在安全位置以下時綠燈亮，抽水機不工作；當水位到達安全位置上限時紅燈亮，抽水機開始工作.如圖所示是小明還未連接完成的電路，小明接下去的電路連接應該是（）A.M接A，N接BB.M接B，N接DC.M接B，N接CD.M接A，N接D【答案】B【解析】根據(jù)題意可知兩燈并聯(lián)連接，要使得電路工作必須電路為閉合電路，故連接如圖所示，由此可知M接B，N接D符合要求，故B正確。4、小科利用光敏電阻受到光照時電阻變小的特性，設計了一個如圖所示的自動控制電路，要求光暗時燈亮，光亮時燈滅.在實際調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)燈始終亮著，而光敏電阻和其他電路元件都正常.下列調(diào)節(jié)能使控制電路達到要求的是（）A.減少螺線管線圈的匝數(shù)B.抽出螺線管中的鐵芯C.滑動變阻器滑片P向右移動D.減小控制電路電源電壓【答案】C【解析】本題結合電磁鐵磁性強弱的影響因素以及電磁繼電器的工作原理進行綜合考查，而且是逆向考查.要求光暗時燈亮，光亮時燈滅，而在實際調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)燈始終亮著，說明電磁鐵的磁性太弱，無法將銜鐵吸下，故要減小電阻來增大電流。5、如圖所示是“追風者”磁懸浮列車懸浮原理的示意圖.該列車通過磁體之間的相互作用，懸浮在軌道上方，以提高運行速度.這里的相互作用是指（）A.異名磁極相互吸引B.同名磁極相互吸引C.異名磁極相互排斥D.同名磁極相互排斥【答案】A【解析】據(jù)圖可知，“追風者”磁懸浮列車懸浮是靠異名磁極相互吸引的原理工作的.故選A。6、如圖是研究電磁鐵磁性強弱的實驗裝置，其中E是電磁鐵。只利用此裝置可以研究電磁鐵磁性強弱與是否有關。閉合開關S后，發(fā)現(xiàn)電磁鐵吸引起少量大頭針。為了讓電磁鐵能吸引起更多的大頭針，只利用圖中的器材，可以將滑動變阻器滑片向移動。（選填“左”或“右”）【答案】電流強度；左?！窘馕觥坑蓤D中可知，移動滑動變阻器滑片的位置，可以改變滑動變阻器接入電路中阻值的大小，從而改變電路中電流的大小，故利用此裝置可以用來探究電磁鐵磁性強弱與電流強度是否有關。為了讓電磁鐵能吸引更多的大頭針，應增大電磁鐵的磁性，即要增大電路中的電流，應減小滑動變阻器接入電路中的阻值，故應將滑動變阻器的滑片向左移動。7、某實驗小組用自制電磁鐵探究影響電磁鐵磁性強弱的因素。他們用相同的漆包線和鐵釘繞制成兩個電磁鐵A和B，B鐵釘上繞有更多匝數(shù)的線圈，實驗裝置如圖所示。（1）如圖甲，閉合開關，電磁鐵A的釘尖是極（選填“N”或“S”）；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”）；（2）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總能吸引更多的大頭針，通過比較，得出的結論是；（3）電磁鐵在生活中應用廣泛，請舉一例：?！敬鸢浮?/p>

S

更少

電流相同時，匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強

電鈴【解析】（1）由圖甲可知，鐵釘表面的電流方向向右，根據(jù)安培定則可知，釘尾為N極，頂尖為S極。當滑動變阻器的滑片向右端滑動時，電路中的電阻變大，則電流變小，即由鐵釘組成的電磁鐵磁性減弱，則吸引的大頭針數(shù)量會更少。（2）由圖乙可知，電磁鐵A和B串聯(lián)，則電路中的電流相等，因為電磁鐵B的線圈匝數(shù)多，所以吸引的大頭針多，則說明電流相同時，匝數(shù)越多，電磁鐵磁性越強。（3）電磁鐵在生活中應用廣泛，如電鈴，電磁起重機等等。8、學習了“電生