20.3 电磁铁 电磁继电器（解析版）

第二十章 电与磁 第3 节 电磁铁 电磁继电器 1 能描述电磁铁，说明电磁铁的特点和工作原理。 2 能通过实验，得出电磁铁磁性强弱与哪些因素有关。 3 能说明电磁继电器的结构及工作原理，了解电磁继电器在生产生活中的应用。 一、电磁铁 1、定义：内部插入铁芯的通电螺线管。电磁铁的铁芯是软磁性材料。 2、工作原理：电流的磁效应。 3、通电螺线管插入铁芯后磁性加强的原因：铁芯被磁化，使磁性加强。 4、影响电磁铁磁性强弱的因素： （1）电磁铁通电有磁性，断电无磁性； （2）匝数一定，电流越大，电磁铁的磁性越强； （3）电流一定，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强； （4）插入铁芯电磁铁的磁性会更强。 5、探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验电路图：用吸引大头钉个数显示磁性强弱。（转换法） 5、电磁铁应用：电磁起重机、电磁继电器、电冰箱、吸尘器、电动机、发电机、洗衣机。 二、电磁继电器 1、概念：用低电压弱电流控制高电压强电流设备。 2、实质：一种由电磁铁控制的开关。 学习目标 1 预习导学 02 3、工作原理图： 知识点一：探究影响电磁铁的磁性强弱的因素试题解法技巧 【探究重点】 ①首先从已有知识写出影响电磁铁磁性的因素：电流的大小与线圈的匝数； ②根据影响因素选择合理的器材，明确显示电磁铁磁性强弱的方法，然后利用控制变量法设计实验方；③最后根 据实验现象得出结论。注意：实验结论要强调”在xxxx 相同时”前提条件 【例题精讲】（2023•赤峰）学习了电磁铁，小明想：“电磁铁两极磁性强弱是否相同呢？”图甲是他探究该猜想 的装置图。 （1）通电后，电磁铁端是 极。 （2）闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，要使其示数变大，滑动变阻器滑片P 应向 端移动。 （3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙读出弹簧测力计的示数为 。 （4）在原位置将电磁铁两端对调，使B 端向上，保持电流不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同。初步 可得出的结论是：电磁铁两极磁性强弱 。 【答】（1）S；（2）左；（3）22；（4）相同。 【解析】（1）通电后，根据安培定则，电磁铁端是S 极。 探究提升 03 （2）闭合开关后，弹簧测力计的示数太小，要使其示数变大，滑动变阻器滑片P 应向左端移动，滑动变阻器接 入电路的电阻减小，电流增大，电磁铁的磁性增强，对薄铁片的磁力增强，弹簧测力计的示数变大。 （3）将滑动变阻器调节完成后，根据图乙，该测力计的分度值是02，此时弹簧测力计的示数为22。 （4）在原位置将电磁铁两端对调，使B 端向上，保持电流不变，此时电磁铁的磁性强弱不变，薄铁片被重新 磁化仍与电磁铁相互吸引，对薄铁片的磁力大小不变，观察到弹簧测力计示数与（3）中相同。初步可得出的结 论是：电磁铁两极磁性强弱相同。 故答为：（1）S；（2）左；（3）22；（4）相同。 【巩固训练】（2023•大连）如图是某道路限载报警器的工作原理图。电源电压不变，R1是力敏电阻，其阻值随压 力的变化而变化。闭合开关S，当车的质量超过限载质量时，电磁铁吸下衔铁，电铃响。根据不同的路面，可 以改变滑动变阻器滑片P 的位置，来设定不同的限载质量。下列说法正确的是（ ） ．电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体在磁场中受力 B．检测时，车的质量越大电磁铁的磁性越强 ．力敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小 D．若要提高设定的限载质量，应将滑片P 向左移动 【答】BD 【解析】、电磁铁能吸下衔铁，是由于通电导体的周围存在磁场，故错误； B、检测时，车的质量越大，对力敏电阻的压力越大，力敏电阻的阻值越小，电路中的电流越大，电磁铁的磁 性越强，故B 正确； 、力敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小，故正确； D、若要提高设定的限载质量，此时力敏电阻的阻值减小，电磁铁吸下衔铁时的电流不变，根据欧姆定律，应 该增大滑动变阻器的电阻，应将滑片P 向左移动，故D 正确。 故选：BD。 1．（2023•邓州市一模）现在很多大型商场都安装一种“聪明”的电梯，载人和不载人时，电梯运行的速度会发 强化训练 040 生变化。这种电梯的简易控制电路如图所示，图中压力传感器R 的阻值会随着压力的增大而减小。对此，下列 说法正确的是（ ） ．电磁继电器是利用电磁感应工作的 B．控制电路中，电磁铁的上端为极 ．当电流的方向发生变化时，电梯运行的速度会发生变化 D．当压力增大到一定值时，衔铁与触点2 接触，电梯的电梯的速度减慢 【答】B 【解析】、电磁继电器的核心部件是电磁铁，通电时有磁性，断电时无磁性，是根据电流的磁效应制成的，即 利用电流的磁效应来工作的，故错误； B、由图可知，电流从电磁铁的下端流入，上端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为极，故B 正确； 、当电流的方向发生变化时，电磁铁的极性会发生改变，但磁性的强弱不变，电梯运行的速度不会发生变化， 错误； D、压力传感器R 的阻值会随着压力的增大而减小，当压力增大到一定值时，衔铁与触点2 接触，工作电路电 阻变小，电梯的电梯的速度加快，故D 错误。 故选：B。 2．（2023•罗庄区二模）小明观察了小区入口的车辆出入自动控制闸，发现当车牌被识别系统识别后，绿灯亮， 栏杆抬起，车辆通行。于是他设计了如图所示的模拟电路，车牌识别成功相当于图中开关S 闭合。则（ ） ．闭合开关后，电磁铁的上端为极 B．滑动变阻器的滑片P 向下调整后，栏杆更容易抬起 ．若栏杆不能抬起，可通过增大电池的电压进行改进 D．B 端挂的铁柱可以用上端是极、下端是S 极的条形磁体代替 【答】 【解析】、由图知，电流从电磁铁的下端流入，根据安培定则可知，电磁铁的上端为S 极，故错误； B、滑动变阻器的滑片P 向上调整后，阻值变小，电源电压不变，根据＝ 可知，电路的电流变大，电磁铁的 磁性增强，栏杆更容易抬起，故B 错误； 、根据＝ 可知，电阻一定时，增大电源电压，电路的电流会变大，电磁铁的磁性增强，栏杆会更容易抬起， 因此若栏杆不能抬起，可通过增大电池的电压进行改进，故正确； D、由选项可知，电磁铁的上端为S 极，如果B 端挂的铁柱用上端是极、下端是S 极的条形磁体代替，则开关S 闭合时，电磁铁上端和条形磁体下端磁极相同，互相排斥，栏杆不会抬起，故D 错误。 故选：。 3．（2023•海港区一模）如图所示是智能扶手电梯的原理图，其中R 是压敏电阻。电梯上无乘客时，电动机转动 变慢，使电梯运动变慢；电梯上有乘客时，电动机转动变快，使电梯运动变快。下列说法正确的是（ ） ．电磁铁上端是极 B．电磁继电器与电动机工作原理相同 ．电梯上有乘客时，压敏电阻R 的阻值增大 D．电梯上无乘客时，衔铁与触点1 接触，弹簧的弹性势能减小 【答】D 【解析】．根据安培定则可以判断电磁铁的下端是极，上端是S 极，故不符合题意； B．电磁继电器的主要结构是电磁铁，电磁铁是通电流之后具有磁性，断电流时没有磁性，是根据电流的磁效 应工作的，电动机的原理是通电导体在磁场中受力而运动，两者原理不同，故B 不符合题意； D．当没有人乘梯时，电动机转速减慢减少耗电，说明电动机两端的电压减小，电动机和定值电阻R1串联在电 路中，说明衔铁被弹簧拉起，衔铁和上面的静触头1 接通，弹簧的弹性形变变小，弹性势能变小，此时控制电 路中的磁性较弱，电路中电阻较大，所以压敏电阻的阻值较大； 当有人乘坐电梯时，电动机转速较快，电动机两端的电压较大，只有电动机接入电路，衔铁被电磁铁吸引，衔 铁和下面的静触头2 接通，说明电磁铁的磁性较大，控制电路的电流较大，压敏电阻的阻值较小，可以判断压 敏电阻的阻值R 随着压力的增大而减小，故不符合题意，D 符合题意。 故选：D。 4．（2023•湖北三模）物理课上老师展示了一款磁悬浮地球仪，如图（）所示，闭合开关，地球仪悬浮在空中。 经过研究发现地球仪底部有一块磁铁，底座内部有电磁铁。莉莉画出了如图（b）所示的电路原理图，下列判断 不正确的是（ ） ．b 图中用虚线代表的地球仪的端是S 极 B．底座通电后能产生磁场是利用了电流的磁效应 ．图中地球仪能够悬浮利用了同名磁极相互排斥的原理 D．闭合开关后，向左移动P 能增大地球仪的悬浮高度 【答】D 【解析】、根据安培定则，电磁铁的上端是S 极，同名磁极互相排斥，地球仪的端是S 极，故正确； B、底座通电后能产生磁场是利用了电流的磁效应，故B 正确； 、图中地球仪能够悬浮利用了同名磁极相互排斥的原理，故正确； D、闭合开关后，向左移动P，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据欧姆定律，电路中的电流变小，电磁铁的 磁性减弱，会减小地球仪的悬浮高度，故D 错误。 故选：D。 5．（2023•雁塔区校级三模）图﹣1 是一种磁悬浮地球仪摆件，地球仪内部装有磁铁，底座内部装有如图﹣2 所示 的电磁铁。下列说法正确的是（ ） ．图﹣1 中，电磁铁周围存在着真实的磁场和磁感线 B．图﹣1 中，地球仪利用异名磁极相互排斥的原理悬浮 ．图﹣2 中，电磁铁的上端是S 极 D．图﹣2 中，将电源正负极对调后，电磁铁周围的磁场方向不变 【答】 【解析】、磁体周围存在磁场，电磁铁周围也存在磁场，不存在磁感线，故错误； B、磁悬浮地球仪之所以能悬浮在空中，是利用了同名磁极相互排斥的原理，故B 错误； 、图﹣2 中，由安培定则和图示可知，电磁铁上端为S 极，故正确； D、图﹣2 中，将电源正负极对调后，电流的方向发生了改变，电磁铁磁极方向随之改变，故D 错误。 故选：。 6．（2023•蒲城县一模）如图所示是简易电磁锁原理图，闭合开关S，滑片P 向左移动，使静止在水平桌面的锁栓 滑动，打开门锁，下列说法错误的是（ ） ．锁栓可能是用钢铁制作的 B．通电后电磁铁端为极 ．滑片向左移动的过程中电磁铁的磁性增强 D．锁栓在滑动过程中受到的摩擦力始终向左 【答】D 【解析】．由简易电磁锁原理图可知，锁栓会受到电磁铁的磁力作用，说明锁栓是磁体或易磁化的物质，所以 锁栓可能是用钢铁制作的，故正确； B．电流从螺线管右端流入，左端流出，故据安培定则可知，此时电磁铁的端是极，故正确； ．滑动变阻器的滑片P 向左端移动，电阻变小，电流变大，故电磁铁的磁性变强，故正确； D．由图可知，要使电磁锁打开，锁栓应该向左滑动，此时锁栓受到水平桌面的向右的摩擦力，故D 错误。 故选：D。 7．（2023•福安市三模）小明为抽屉设计了一个简易防盗报警器，并将它安装在抽屉内。报警器原理图如图，光 敏电阻的阻值随光照射强度的增大而变小。下列说法正确的是（ ） ．控制电路为工作电路提供电源 B．拉开抽屉时，R0两端电压变大 ．合上抽屉时，电磁铁磁性增强 D．增大电阻R0，电铃更容易响起 【答】B 【解析】、控制电路和工作电路的电源是各自独立的，低压电、弱电流控制高电压、强电流，故错误； B、拉开抽屉时，光敏电阻的阻值变小，电路中的电流变大，R0两端电压变大，故B 正确； 、合上抽屉时，光敏电阻的阻值变大，电路中的电流变小，电磁铁的磁性减弱，故错误； D、增大电阻R0，根据欧姆定律，电路中的电流变小，电磁铁的磁性减弱，磁力减小，衔铁更不易被吸下来， 电铃更不容易响起，故D 错误。 故选：B。 8．（2023•盐城三模）车辆严重超载会损坏桥梁，为了能抓拍超载车辆，物理兴趣小组成员决定为桥梁管理者设 计一个“汽车超载记录器”来进行监控管理，如图甲为该超载记录器原理图，已知电源电压U＝10V，线圈电 阻R0＝5Ω，R1为最大阻值15Ω 的滑动变阻器，Rx为压敏电阻，当车辆驶入被检测路段时，其阻值随它受到的 压力变化的情况如图乙所示，当电流表示数达到或超过04 时，电磁继电器的衔铁被吸下，工作电路中的照相机 就开始工作，抓拍超载车辆，则下列说法正确的是（g 取10/kg）（ ） ．当压敏电阻Rx受到的压力增大时，电磁铁的磁性减弱 B．当桥梁限重为30t 时，滑动变阻器接入电路的阻值应为10Ω ．桥梁限重可调节范围为20t～55t D．桥梁老化后应适当增大R1阻值以减小桥梁限重标准 【答】 【解析】由控制电路可知，三电阻串联， 、由图乙可知，当压敏电阻Rx受到的压力增大时其阻值减小，串联电路总电阻等于各分电阻之和，所以电路的 总电阻减小， 由＝ 可知，通过控制电路的电流变大，电磁铁的磁性将增强，故错误； B、当桥梁限重为30t 时，对桥面的压力： F＝G＝mg＝30×103kg×10/kg＝3×105， 由乙图像可知，当F＝3×105时，Rx＝15Ω，此时电路中的电流为04，电路的总电阻为：R＝ ＝ ＝25Ω， 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和， 所以滑动变阻器接入电路的阻值为：R1＝R R ﹣ 0 R ﹣ x＝25Ω 5 ﹣Ω 15 ﹣ Ω＝5Ω，故B 错误； 、R1为最大阻值15Ω 的滑动变阻器，滑动变阻器接入电路的电阻为0 时， 压敏电阻Rx的阻值为：Rx′＝R R ﹣ 0 R ﹣ 1′＝25Ω 5 ﹣Ω＝20Ω， 由乙图像可知，当Rx′＝20Ω 时，F′＝2×105，则桥梁限重为：m′＝ ＝ ＝ ＝20000kg＝20t， 滑动变阻器接入电路最大阻值15Ω 时， 压敏电阻Rx的阻值为：Rx″＝R R ﹣ 0 R ﹣ 1″＝25Ω 5 ﹣Ω 15 ﹣ Ω＝5Ω， 由乙图像可知，当Rx″＝5Ω 时，F″＝55×105，则桥梁限重为：m″＝ ＝ ＝ ＝55000kg＝ 55t，所以桥梁限重可调节范围为20t～55t，故正确； D、由图乙可知，当压敏电阻Rx受到的压力减小时其阻值增大，为控制桥梁限重时电路的总电阻不变，所以应 适当减小R1阻值，故D 错误。 故选：。 9．（2023•酒泉二模）为探究“电磁铁磁性强弱与哪些因素有关”，实验小组连接了如图所示的实验电路，开关S 闭合。下列说法正确的是（ ） ．大头针的下端散开是因为异名磁极相互排斥 B．乙螺线管的下端是S 极 ．比较甲、乙吸引大头针的数量可得出电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系 D．向左移动滑动变阻器的滑片P，甲、乙吸引大头针的个数均会增多 【答】D 【解析】、大头针被磁化，大头针下端的磁极相同，互相排斥，所以下端分散，故错误； B、根据安培定则，乙螺线管的下端是电磁铁的极，故B 错误； 、由图知，甲吸引大头针的个数较多，说明甲的磁性较强，甲、乙串联，电流相等，甲的线圈匝数大于乙的线 圈匝数，说明电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强，故错误； D、向左移动滑片P 时，电路中电阻减小，电流变大，电磁铁的磁性增强，电磁铁甲、乙吸引大头针的数量会 增多，故D 正确。 故选：D。 10．（2023•张店区校级二模）如图是说明巨磁电阻特性原理的示意图，其中GMR 是一个巨磁电阻，其阻值随磁 场的增强而急剧减小。闭合开关S1、S2，下列说法正确的是（ ） ．电磁铁的右端为极 B．当滑片P 向左滑动时，电磁铁磁性减弱 ．当滑片P 向左滑动时，巨磁电阻的阻值增大 D．当滑片P 向左滑动时，指示灯变亮 【答】D 【解析】．利用安培定则判断电磁铁的左端为极、右端为S 极，故错误。 B．当滑片P 向左滑动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，根据欧姆定律可知，左侧电路中的电流变大， 电磁铁的磁性增强，故B 错误。 D．当滑片P 向左滑动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，电磁 铁的磁性增强，GMR 的阻值变小，指示灯所在电路的总电阻变小，根据欧姆定律可知，通过指示灯的电流变大， 灯泡变亮，故错误、D 正确。 故选：D。 11．（2023•资兴市二模）法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔由于发现了巨磁电阻（GMR）效 应而荣获2007 年度诺贝尔物理学奖。图中GMR 代表巨磁电阻，在磁场中，其阻值随磁场的逐渐变强而减小， 闭合开关S1、S2，下列说法中正确的是（ ） ．电磁铁左端为极 B．电磁铁外部的磁感线从右端出发回到左端 ．将滑片P 向b 端滑动，电磁铁磁性变强 D．将滑片P 向端滑动，指示灯变暗 【答】 【解析】B、闭合开关，电流从右端流入电磁铁，根据安培定则可得，电磁铁左端为极，磁感线从左端出发回 到右端，故正确、B 错误； 、滑片向b 端滑动，电路中电阻变大，电流减小，电磁铁磁性变弱，故错误； D、滑片向端滑动，电路中电阻变小，电流变大，电磁铁磁性变强，GMR 的阻值变小，指示灯所在电路的电流 变大，指示灯变亮，故D 错误。 故选：。 12．（2023•吉安县校级二模）如图所示为车库积水自动报警器原理图，其核心是一电磁继电器。图中、B 位置可 以安装电铃或LDE 灯，要求车库没有积水时，LED 灯亮，车库有积水时，电铃响。电铃应该安装在图中的 （选填“”或“B”）位置；电磁继电器实质是一种 （选填“用电器”或“开关”）。 【答】B；开关。 【解析】生活用水是导体，当车库积水时，接通左边的控制电路，电磁铁有了磁性，吸下衔铁，动触点向下移 动，接通电铃电路报警。 地面积水较深时，电铃响。根据设计要求，电铃应该安装在图中的B 位置。电磁继电器实质是一种开关。 故答为：B；开关。 1．（2023•东营）小区内路灯能根据光线亮暗情况实现自动控制，其电路原理如图所示，R1是定值电阻，R2是光 敏电阻，其阻值大小随光照强度的增大而减小。当开关S1闭合，光线变暗时，下列判断正确的是（ ） ．电流表示数减小，电磁铁的磁性减弱，开关S2闭合 B．电流表示数减小，电磁铁的磁性增强，开关S2断开 ．电流表示数增大，电磁铁的磁性增强，开关S2闭合 D．电流表示数增大，电磁铁的磁性减弱，开关S2断开 【答】 【解析】当开关S1闭合，光线变暗时，光敏电阻的电阻变大，控制电路中的总电阻变大，电路中的电流变小， 电流表的示数变小，电磁铁的磁性减弱，对衔铁的吸引力减小，在右边弹簧的拉力作用下，动触点向下运动， 开关S2闭合，故正确，BD 错误。 故选：。 2．（2023•天津）党的二十大报告指出“科技是第一生产力”。某学校为了培养学生的科学素养，组织科技创新 大赛，小明在比赛中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金属块时（一般的水都能导电）， 则（ ） ．两灯都亮 B．两灯都不亮 ．只有绿灯亮 D．只有红灯亮 【答】D 【解析】当水位到达金属块时，左端的控制电路接通，电磁铁有磁性，吸引衔铁，使红灯电路接通，红灯亮。 故选：D。 3．（2023•扬州）如图所示，下列做法中电磁铁不能吸引更多大头针的是（ ） ．只提高电源电压 B．只将滑片P 向左移动 ．只增加螺线管线圈的匝数 D．只将铁芯换成同规格的铜芯 【答】D 【解析】．只提高电源电压，由＝ 可知，电路中电流增大，电磁铁磁性增强，能吸引更多大头针，故不符合 题意； B．将滑片P 向左移动，滑动变阻器接入电路中电阻变小，由＝ 可知，电路中电流增大，电磁铁磁性增强， 能吸引更多大头针，故B 不符合题意； ．增加螺线管线圈的匝数，电磁铁磁性增强，能吸引更多大头针，故不符合题意； D．只将铁芯换成同规格的铜芯，铜芯不能被磁化，电磁铁磁性减弱，不能吸引更多大头针，故D 符合题意。 故选：D。 4．（2023•