20.3 电磁铁 电磁继电器（考点解读）（原卷版）

203 电磁铁 电磁继电器（考点解读）（原卷版） 1、探究影响电磁铁磁性强弱的因素实验 （1）电磁铁磁性强弱的影响因素：线圈匝数多少、电流大小。 当电流大小一定时，电磁铁的线圈匝数越多，磁性越强；当线圈匝数一定时，通过电磁铁 的 电流越大，磁性越强。 （2）实验中用到的方法：①转换法：电磁铁的磁性无法直接观察，通过它吸引大头针的 多 少来判断，这里用到的是转换法；②控制变量法：电磁铁的磁性和多个因素有关，在探究 中 要采用控制变量法。 2、影响电磁铁磁性强弱的因素：电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关；与有无铁芯有关；与 线圈中电流大小有关。 3、电磁继电器的组成、原理和特点 （1）电磁继电器的构成：由电磁铁、衔铁、簧片、触点（静触点、动触点）组成；其工 作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成；低压控制电路是由电磁铁、低压电源 和开关组成；工作电路由机器（电动机等）、高压电源、电磁继电器的触点部分组成； （2）工作原理和特性：电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工 作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成，电磁继电器还可以实现远距离控制和 自动化控制；只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电 磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的 动触点与静触点（常开触点）吸合；当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在 弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。 4、电磁铁的构造和原理及其应用 （1）电磁铁的构造：内部插有铁芯的通电螺线管叫做电磁铁； （2）电磁铁的原理：电流的磁效应原理； （3）电磁铁的应用：电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型，按照用途来划 分电磁铁，主要可分成以下五种：①牵引电磁铁--主要用来牵引机械装置、开启或关闭各 种阀门，以执行自动控制任务；②起重电磁铁--用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等 铁磁性材料；③制动电磁铁--主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的；④自动 电器的电磁系统--如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁 铁等； ⑥其他用途的电磁铁--如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。 【考点1 探究影响电磁铁磁性强弱的因素实验】 【典例1-1】（2022 秋•运河区校级期末）某同学在做“探究电磁铁的特点”的实验中，使 用两个规格相同的大铁钉绕制成电磁铁进行实验，如图所示，下列说法正确的是（ ） ．要使电磁铁磁性增强，应将变阻器的滑片向右滑动 B．图中实验现象表明，线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强 ．图中两电磁铁的线圈串联，是为了探究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系 D．若将两电磁铁上部靠近它们会相互排斥 【典例1-2】（2023•未央区校级模拟）用表面涂有绝缘漆的漆包线绕在铁钉上做成了线圈 上有四个接线柱、b、、d 的电磁铁，使用不同的接线柱，可改变电磁铁线圈的匝数。电 磁铁和其他实验器材组成如图所示电路，用该电路来研究“影响电磁铁磁性强弱的因 素”。请完成如下问题： （1）实验中电磁铁磁性的强弱是用电磁铁吸引 来反映的；按图中方式连 接，铁钉的下端应是电磁铁的 极。 （2）连接电磁铁线圈的接线柱，闭合开关，调节滑动变阻器，可以探究电磁铁磁性强 弱与 是否有关。 （3）滑动变阻器滑片保持不动，导线夹子分别连接线圈的接线柱、b、、d，可以探究 电磁铁磁性强弱与 是否有关。 【变式1-1】（2023•林州市模拟）探究影响电磁铁磁性强弱的因素： 用如图装置进行实验。通过实验 可知：电磁铁磁性与匝数有关；比较甲、乙两次 实验，可知：匝数相同时， 越大，电磁铁的磁性越强；通过比较电磁铁 判断磁性强弱，运用了 法。 【变式1-2】（2023•铁东区一模）在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制 成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。 （1）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数 （选填 “增加”或“减少”），说明电流越 ，电磁铁磁性越强； （2）由图示可知， （选填“甲”或“乙”）的磁性强，说明电流一定时， ，电磁铁磁性越强； （3）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是 ； （4）本实验中多次实验的目的和下列实验多次实验的目的相同的是 伏安法测量定值电阻的阻值 B 探究并联电路电流规律 【变式1-3】（2022•兴庆区校级一模）如图所示是刘玉瑾同学研究电磁铁磁性的强弱与哪 些因素有关的实验的示意图，他把导线绕在大铁钉上做成电磁铁。实验中她是根据 来比较电磁铁磁性强弱的。在下图的实验中，她把两个电磁铁串联，这 是为了 。根据图示的实验现象，他得出的结论是：当 一定时， 电磁铁 ，磁性越强。将滑动变阻器的滑片向右移动时，铁钉吸引的大头针 将 （填“变多”、“变少”或“没有变化”），这说明电磁铁的磁性强弱还与 有关。 【考点2 影响电磁铁磁性强弱的因素】 【典例2-1】（2023•娄底三模）如图，一个空心小铁球放在盛水的烧杯中，漂浮在水面上， 将烧杯置于铁棒B 的上方，绕在铁棒上的线圈连接如图所示的电路，开关S 闭合后，下 列说法不正确的是（ ） ．小铁球受到的重力和浮力是一对平衡力 B．滑片P 向左滑动，小铁球所受浮力变大 ．此时端为电磁铁的S 极 D．滑片P 向右滑动，容器底部受到水的压强变小 【典例2-2】（2023•包河区三模）如图所示，弹簧测力计的挂钩上提着一个条形磁铁，闭 合开关S 后，将滑片P 向左端移动的过程中，弹簧测力计的示数将 。（选填“变 大”“变小”或“不变”） 【变式2-1】（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 【变式2-2】（2023•天元区三模）如图所示，、B 两个相同的铁钉上绕有不同匝数的线圈， 把它们接入电路中。 （1）闭合开关，铁钉下端都吸引了大头针，这是因为通过线圈中的电流具有 效应。 由安培定则可知：的上端为它的 （填“”或“S”）极； （2）B 铁钉吸引更多的大头针，是因为电磁铁的磁性强弱与线圈的 有关，而线圈 中的电流 （填“大于”、“等于”或“小于”）绕在铁钉上的线圈中的电流； （3）不改变线圈匝数，要想铁钉能吸引更多的大头针，可以将滑片P 向 （填 “左”或“右”）移。 【考点3 电磁继电器的组成、原理和特点】 【典例3-1】（2023•潍坊模拟）小明设计了一个道路限载报警器，原理如图甲所示。R0是 滑动变阻器，R 是压敏电阻，R 的电阻随压力变化关系如图乙所示，限载报警器铃响报 警。如果要适当调高报警的限载重量，下列操作可行的是（ ） ．把变阻器R0的滑片适当向右移动 B．把电源1 的电压适当增大 ．把弹簧B 水平向左适当移动一段距离 D．把电磁铁水平向右适当移动一段距离 【典例3-2】（2023•庆云县一模）如图是小蔡同学设计的短跑比赛“抢跑判断器”。电磁 铁的上端为 （选填“”或“S”）极。当运动员蹲在起跑器上后，裁判员老师闭合 开关S1、S2，发令指示灯亮，运动员抢跑后，R0所受压力变小，电阻变小，电磁铁将衔 铁吸下，抢跑指示灯 （选填“L1”或“L2”）亮，则判定该运动员抢跑。 【变式3-1】（2023•昆都仑区二模）小丽设计了如图所示的“智能照明灯”电路，开关S 闭合，当傍晚光照减弱，通过电磁铁的电流减小到一定程度时，衔铁弹起，照明灯L 发 光：天亮时衔铁被吸下来，灯自动熄灭。下列说法正确的是（ ） ．导线B 端连接家庭电路的火线符合安全用电要求 B．光敏电阻R1的阻值随光照强度的增强而变大 ．当周围环境变暗时，电压表示数变小 D．变阻器滑片P 向b 端移动可以减少照明时间 【变式3-2】（2023•安徽模拟）如图是某商场电梯的控制电路工作原理图，R 是压敏电阻， R1是定值电阻。小明发现电梯无人站在上面时运动较慢，有人站在上面时运动较快，据 此分析可知当人站在电梯上时，电阻R 的阻值 （选填“变大”、“不变”或“变 小”）。 【考点4 电磁铁的构造和原理及其应用】 【典例4-1】（2022 春•西湖区校级期中）下列生活中常见的器械或工具，没有用到电磁铁 的是（ ） ．电磁起重机 B．电话 ．电炉 D．磁悬浮列车 【典例4-2】（2022 秋•郸城县期末）热敏传感器主要运用了热敏电阻来测量温度的变化。 热敏电阻阻值随温度变化的曲线如图甲所示，图乙是由热敏电阻R1 作为传感器制作的 简单自动报警线路图，图中、b 为两个固定的金属片，d 为铁片。为了使温度过高时发 送报警信息，开关应该接在 处（选填“”或“b”），因为温度升高时电磁体的磁 性 （选填“增强”“不变”或“变弱”）。 【变式4-1】（2022 春•绍兴月考）如图是一种温度自动报警器的工作原理电路图，在水银 温度计上部插入一段金属丝。下列有关报警器的叙述正确的是（ ） ．电铃发出报警信号时，电磁铁的右端为S 极 B．把电路图中的“+”、“﹣”对调，该报警器将不能正常工作 ．增大水银温度计上部金属丝的长度，则电铃发出报警信号的温度会升高 D．当环境温度升高，水银柱达到金属丝的下端所指示的温度时，电铃报警 【变式4-2】（2022 秋•禅城区期末）某拆除工地上，一机车举着大铁砣在废墟上捡拾废钢 筋，如图所示。根据所学知识可判断：“大铁砣”应是一块 ，当“大铁砣” 时在废墟上捡拾吸住废钢筋，然后举至运输车车厢上方 放下废钢筋。 一、选择题。 1．（2023•赫山区校级一模）如图所示的电路，下列说法正确的是（ ） ．开关S 拨到时，小磁针静止时端为S 极 B．开关S 拨到时，滑动变阻器的滑片向右滑动时，电磁铁的磁性增强 ．开关S 由拨到b 时，电磁铁的磁极发生改变 D．开关S 由拨到b，调节滑动变阻器，使电流表示数不变，则电磁铁的磁性增强 2．（2023•吴江区三模）如图所示，闭合开关S，条形磁体静止在水平桌面上。下列判断 正确的是（ ） ．条形磁体受到电磁铁对其水平向右的作用力 B．条形磁体受到桌面对其水平向右的摩擦力 ．将滑动变阻器的滑片向右移动，条形磁体受到的摩擦力不变 D．若只改变电源的正负极，条形磁体受到的摩擦力变大 3．（2023•南开区三模）如图是汽车油箱内监测油量的装置模型，电流表显示油量，电磁 继电器控制指示灯L1、L2。当油量较低时（ ） ．电流表示数变小，L1灯亮 B．电流表示数变小，L2灯亮 ．电流表示数变大，L1灯亮 D．电流表示数变大，L2灯亮 4．（2023•姑苏区校级二模）如图所示是温度自动报警器的原理图，它运用了许多物理知 识。以下说法中不正确的是（ ） ．温度计中的水银是导体 B．温度计是根据液体的热胀冷缩性质工作 ．电磁继电器是一种电路开关 D．报警器的电磁铁运用了电流的热效应 5．（2022•江汉区校级模拟）如图甲所示是我国自行开发的磁悬浮列车，图乙是其工作原 理示意图，关于磁悬浮列车下列说法错误的是（ ） ．磁悬浮列车是通过分离接触面的方法减小摩擦的 B．磁悬浮列车是运用磁极间相互作用而使车厢与轨道分离的 ．磁悬浮列车满载运行时车厢底部线圈中的电流比空载运行时要大 D．车厢线圈通电时电源上端是负极 6．（2023•绥江县一模）（多选）如图所示，关于电与磁的知识，下列说法正确的是（ ） ．图甲：司南静止时勺柄指向地理的正北方向 B．图乙：磁感线是磁场中真实存在的一些曲线 ．图丙：该实验中电流方向发生改变时，小磁针的偏转方向会发生改变 D．图丁：该实验说明电磁铁的磁性大小与线圈匝数有关 7．（2023•长沙一模）（多选）用如图所示的电磁继电器组成一个恒温箱温控电路。控制 电路中电源电压U 不变，R 为热敏电阻，阻值随温度升高而减小，R'为滑动变阻器。当 工作电路加热恒温箱使温度升高到设定值时，工作电路自动断开。以下说法正确的是（ ） ．工作电路中的加热器应装在B 之间 B．温度升高时，控制电路的总功率变小 ．调节R'的阻值，可以改变工作电路自动断开时的设定温度 D．随着温度升高，电磁铁磁性减弱 二、填空题。 8．（2022 秋•高新区期末）在探究影响电磁铁磁性强弱因素的实验中，小何同学做了如图 甲所示的探究，对比此时、B 吸引铁钉的情况，可探究电磁铁磁性强弱与 的 关系。随后小何同学利用电磁铁的相关知识，做了小区入口的车辆出入自动控制闸门的 模拟装置，如图乙所示，若电源电压下降，栏杆不能抬起。除了更换元件外，请你再写 出一种能使栏杆正常抬起的方法： 。 9．（2023•锦州二模）如图是空气开关的简化原理图。当电流方向如图所示时，电磁铁的 右端为 （填“”或“S”）极。该电路中再接入一个大功率用电器时，电磁铁的磁 性会 （填“增强”或“减弱”）。当电流过大时开关S 会在弹簧拉力的作用下被 拉起，在弹簧拉起开关S 的过程中，拉力的力臂 （填“变大”、“变小”或“不 变”）。 10．（2023•泗洪县一模）闯红灯拍照的原理是：在红灯周期内，电子眼会采用感应线来感 应路面上的汽车传来的压力，如果同时产生两个连续脉冲信号（前后轮都过线）就会拍 照，其原理如图所示。当光控开关接收到指示灯发出的红光时自动闭合，控制电路中的 电磁铁上端为 （选填“”或“S”）极，此时若压敏电阻同时受到车轮的压力，电 阻变小，电磁铁的磁性 （选填“增强”或“减弱”），衔铁与触点 （选填 “1”或“2”）接触，电控照相机工作，拍摄违规车辆。 11．（2023•迎泽区校级一模）如图所示，将两枚相同的磁铁分别放在粗糙程度相同的斜置 木板和铜板顶端，释放后同时下滑，发现铜板上的磁铁总是后滑至底端。某小组对此现 象的原因进行了探讨。 ①有同学首先猜想：因为磁铁有磁性，它和铜板之间有吸引作用。 该猜想 （选填“正确”或“错误”），依据是 。 ②有同学百度后获知：金属内的自由电荷与磁极之间发生相对运动时，金属内部会产生 涡电流，并继而产生阻碍相对运动的力，这种现象叫电磁阻尼现象。 由上述信息可知：产生涡电流的条件是自由电荷处在变化的 中。电磁阻尼现象， 实质是 之间相互作用的外部宏观表现。 12．（2023•娄星区二模）目前城市里的不少商场采用了智能电梯，当有人乘坐时它正常工 作，而没有人乘坐时它会减速慢行（如图甲）。小红同学通过上搜索得到其原理示意图 如图乙所示，R 是一个压敏电阻，其电阻阻值随压力的增大而减小。分析：当人走上电 梯后，电磁铁的磁性变 （选填“强”或“弱”），衔铁与触点“2”接触，电动机 的转速变 （选填“大”或“小”）。 13．（2022•柯桥区一模）我国的磁悬浮列车和高铁技术都处于世界领先水平 （1）5 月23 日，时速可达600 公里的高速磁悬浮列车试验样车在青岛下线，工作原理 如图所示，车厢线圈通电后周围存在 ，该列车运行时依据磁极间相互作用的原 理是 。 （2）高铁采用了“再生制动”技术，即车到站前关闭电源，此时电机线圈随车轮在磁 场中转动，车轮带动发电机发电，利用 的原理将车辆的机械能转化为电能。 三、实验探究题。 14．（2023•长沙模拟）在“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明用若干数量的 小铁钉和电磁铁甲、乙设计了如图所示的电路。 （1）实验中是通过吸引铁钉的多少来判断电磁铁磁性强弱的，当滑动变阻器滑片处于 某一位置时，观察实验现象可得出的结论是：电流一定时， ，磁性越强； （2）根据图示发现被电磁铁吸引的小铁钉下端是分散的，其原因是 。 15．（2023•天门二模）在探究影响电磁铁磁性强弱的因素的实验中，实验室准备的器材有， 电源、开关、滑动变阻器、两根完全相同的铁钉、表面绝缘的铜线、大头针若干。小明 利用上述器材，制成简易电磁铁甲、乙，并设计了电路，如图所示。 （1）实验中通过观察电磁铁 的不同，可以判断电磁铁的磁性强弱不同， 这种研究问题的方法物理上称之为 法。 （2）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数 （选填 “增加”或“减少”），说明电流越 ，电磁铁磁性越强； （3）根据图中的情境可知， （选填“甲”或“乙”）的磁性强，说明电流一定 时， 电磁铁磁性越强； （4）实验结束，断开开关，大头针全部掉落，说明电磁铁磁性的有无可以通过 来控制。 16．（2023 春•金溪县校级月考）小明在探究“通电直导线周围的磁场”实验中，实验装 置如图1 甲所示： （1）其中小磁针的作用是 ； （2）接通电路后，观察到小磁针偏转，说明电流周围存在着磁场，此现象最早是由物 理学家 发现的； （3）改变直导线中电流方向，小磁针的偏转方向发生了改变，说明电流周围的磁场方 向与 有关； （4）研究表明，通电直导线周围的磁场分布如图所示，则图1 甲实验中，若将小磁针 由通电直导线下方移至直导线上方，小磁针偏转的方向 （填“会”或“不会”） 改变； （5）某实验小组用自制电磁铁探究影响电磁铁磁性强弱的因素。他们用相同的漆包线 和铁钉绕制成两个电磁铁和B，B 铁钉上绕有更多匝数的线圈，实验装置如图2 所示： ①如图2 甲，闭合开关，将滑动变阻器的滑片P 向右移动，能吸引 的大头针（填 “更多”“不变”或“更少”）； ②如图2 乙，把电磁铁和B 串联，闭合开关，多次移动滑动变阻器的滑片P，发现电磁 铁B 总能吸引更多的大头针，通过比较，得出的结论是