20.3 电磁铁 电磁继电器（考点解读）（解析版）

203 电磁铁 电磁继电器（考点解读）（解析版） 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 【答】B 【分析】（1）（2）电磁铁磁性强弱影响因素：电流大小、线圈匝数多少、有无铁芯； 在铁芯和电流一定时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强；在线圈和铁芯一定时，电 流越大，电磁铁的磁性越强。 （3）掌握串联电路中电流的特点，并注意控制变量法在实验过程中的应用 （4）根据安培定则判断两个电磁铁的磁极，根据磁极间的相互作用，判断是相互吸引 还是相互排斥。 【解答】解：、线圈匝数一定时，电流越大电磁铁的磁性越强，所以滑动变阻器的阻值 要变小，则应将滑动变阻器向左端滑动，故错误； B、从图中可以看出，线圈匝数多的线圈吸引的大头针数量多，所以图中实验现象表明， 线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强，故B 正确； 、将两个电磁铁串联起来，通过它们的电流是相同的，而线圈匝数不同，根据控制变量 法，是为探究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，故错误； D、由安培定则可知，左边的电磁铁上端为S 极，下端为极，右边的电磁铁上端为极， 下端为S 极，根据磁极间的作用规律可知，将两电磁铁上部靠近它们会相互吸引，故D 错误。 故选：B。 【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 大头针的数量 来反映的；按图中方 式连接，铁钉的下端应是电磁铁的 S 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 电流的大小 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 线圈的匝数 是否有关。 【答】（1）大头针的数量；S；（2）电流的大小；（3）线圈的匝数 【分析】（1）电磁铁磁性的强弱是用电磁铁吸引大头针的数量来反映；根据安培定则 来判断电磁铁的磁极。 （2）在线圈的匝数一定时，电磁铁的磁性强弱与电流的大小有关。 （3）在电流一定时，电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数有关。 【解答】解：（1）实验中电磁铁磁性的强弱是用电磁铁吸引大头针的数量来反映的； 根据安培定则，电流从铁钉的上端流入，从下端流出，按图中方式连接，铁钉的下端应 是电磁铁的S 极。 （2）连接电磁铁线圈的接线柱，线圈的匝数不变，闭合开关，调节滑动变阻器，改变 电路中的电流，可以探究电磁铁磁性强弱与电流的大小是否有关。 （3）滑动变阻器滑片保持不动，电路中的电流不变，导线夹子分别连接线圈的接线柱、 b、、d，线圈的匝数改变，可以探究电磁铁磁性强弱与线圈的匝数是否有关。 故答为：（1）大头针的数量；S；（2）电流的大小；（3）线圈的匝数。 【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 丙 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， 电流 越大，电磁铁的磁性越强；通过比较电磁铁 吸引大头针的多少 判断磁性强弱，运用了 转换 法。 【答】丙；电流；吸引大头针的多少；转换。 【分析】（1）电磁铁磁性强弱跟电流的大小、线圈匝数的多少、是否有铁芯有关； （2）研究电磁铁磁性强弱的关系采用控制变量法； （3）电磁铁磁性的强弱无法用眼睛观看，我们可以通过电磁铁吸引大头针的多少来反 映磁性强弱，这种方法是转换法。 【解答】解：要研究电磁铁磁性与线圈匝数关系，应控制电流相同，改变线圈的匝数； 丙实验中将两线圈串联，保证电流相同，线圈匝数不同，所以应选择实验丙； 比较甲、乙两次实验，可知线圈匝数相同，调节滑动变阻器，改变了电流大小，且电流 越大，电磁铁吸引大头针数目越多，表示电磁铁的磁性越强，所以得出的结论是：线圈 匝数相同时，线圈中的电流越大，电磁铁磁性越强； 通过电磁铁吸大头针的多少判断磁性强弱，运用了转换法。 故答为：丙；电流；吸引大头针的多少；转换。 【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 增加 （选填 “增加”或“减少”），说明电流越 大 ，电磁铁磁性越强； （2）由图示可知， 甲 （选填“甲”或“乙”）的磁性强，说明电流一定时， 线 圈匝数越多 ，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 大头针被磁化，同名磁极相互排斥 ； （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 B 伏安法测量定值电阻的阻值 B 探究并联电路电流规律 【答】（1）增加；大；（2）甲；线圈匝数越多；（3）大头针被磁化，同名磁极相互 排斥；（4）B。 【分析】（1）分析滑动变阻器的滑片向左移时变阻器连入电路的电阻变化，由欧姆定 律确定电流变化；在线圈的匝数一定，铁芯一定时，电流越大，电磁铁磁性越强； （2）探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验采用转换法，通过观察电磁铁吸引大头 针数目的多少来判断电磁铁磁性的强弱；电磁铁磁性的强弱和线圈的匝数、电流大小有 关； （3）同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引； （4）在物理实验过程中，多次测量的目的有两个：将测量数据取平均值，减小误差； 总结规律，避免结论的片面性、偶然性。 【解答】解：（1）闭合开关后，滑动变阻器滑片向左移动时，电路中电阻减小，电流 增大，电磁铁的磁性增强，则电磁铁甲、乙吸引大头针的个数增加；说明电流越大，电 磁铁的磁性越强； （2）根据图示的情境可知，甲电磁铁吸引的大头针多，说明甲的磁性强；究其原因， 甲、乙电流相同，甲缠绕的线圈的匝数多，吸引大头针越多，因此可得出结论：电流一 定时，线圈的匝数越多，电磁铁磁性越强； （3）大头针被磁化，同一端的磁性相同，互相排斥，所以下端分散； （4）研究“探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关”，多次实验的目的是总结规律，避免 因次数太少造成结论的偶然性或片面性； 、伏安法测量定值电阻的阻值，采用多次测量的目的是：取平均值，减小测量误差； B、探究并联电路电流规律，多次测量的目的是：总结规律，防止结论的偶然性； 故和探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中多次实验的目的相同的是B。 故答为：（1）增加；大；（2）甲；线圈匝数越多；（3）大头针被磁化，同名磁极相 互排斥；（4）B。 【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 吸 引大头针的数量 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 控制电磁铁中电流相等 。根据图示的实验现象，他得出的结论是：当 电 流 一定时，电磁铁 线圈匝数越多 ，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 变少 （填“变多”、“变少”或“没有变化”），这说明电磁 铁的磁性强弱还与 电流大小 有关。 【答】见试题解答内容 【分析】电磁铁吸引的大头针数码越多，电磁铁的磁性越强；分析图示情景，根据实验 所控制的变量分析答题； 改变滑动变阻器接入电路的阻值或改变电源电压，都可以改变电路电流。 【解答】解：电磁铁磁性强弱无法直接比较，可以转化成吸引大头针的数量来比较。电 磁铁磁性的强弱与线圈的匝数和电流的大小有关，在实验中要注意控制变量的方法。本 题中的两个电磁铁，线圈匝数不同，明显是研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数间的关系， 所以要控制电流相等，利用了串联电路电流相等的特点。 故答为：吸引大头针的数量；控制电磁铁中电流相等；电流；线圈匝数越多；变少；电 流大小。 【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 【答】 【分析】（1）根据小铁球的受力情况进行分析； （2）已知电流方向则由右手螺旋定则可知螺线管的磁极。 （3）当滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电阻变小，则由欧姆定律可知螺线管中磁性 的变化；则由力的合成可知小铁球所受的浮力和底部压强的变化。 【解答】解：、开关S 闭合后，螺线管具有磁性，小铁球仍静止在水面上时受到重力、 浮力、电磁铁的吸引力的作用，其重力和浮力的大小不相等，所以这两个力不是一对平 衡力，故错误； B、当滑片向左移动时，滑动变阻器接入电阻减小，由欧姆定律可知电路中电流增大， 则螺线管的磁性增强，小铁球所受吸引力增大，浸入水中的体积增大，根据阿基米德原 理可知，浮力变大，故B 正确； 、开关S 闭合后，电流由流向B，则由右手螺旋定则可知螺线管的端为S 极，故正确； D、滑片P 向右滑动，滑动变阻器接入电阻增大，由欧姆定律可知电路中电流减小，则 螺线管中的磁性减弱，小铁球所受吸引力减小；此过程中小铁球受到重力、浮力、电磁 铁的吸引力的作用，当小球重新平衡后，向下的吸引力与重力之和应等于向上的浮力， 因吸引力减小，所以铁球所受浮力也将减小，排开的水的体积减小，液面下降，根据p ＝ρg 可知，容器底部受到的压强变小，故D 正确。 故选：。 【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 变小 。（选填 “变大”“变小”或“不变”） 【答】变小。 【分析】（1）运用安培定则判断通电螺线管的极性； （2）当变阻器R 的滑片缓慢向左移动，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据欧姆定 律可知电流的变化，影响电磁铁磁性强弱的因素有：电流的大小、线圈的匝数、有无铁 芯。线圈的匝数一定，电流越大磁性越强； （3）磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 【解答】解：闭合开关S 后，由安培定则得，螺线管的上端为S 极。将滑片P 向左端移 动的过程中，滑动变阻器接入电路中电阻变大，电路中电流变小，通电螺线管的磁性变 小，异名磁极相吸引，螺线管对条形磁铁的吸引力变小，弹簧测力计的示数等于条形磁 体的重力与吸引力之和，条形磁体的重力不变，所以弹簧测力计的示数将变小。 故答为：变小。 【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 【答】D 【分析】（1）根据锁栓会受到电磁铁的磁力作用分析； （2）根据安培定则分析； （3）由滑动变阻器的滑片移动可得出电路中电流的变化，则可得出螺线管中磁场的变 化； （4）物体受到摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反。 【解答】解：．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。 【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 磁 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 匝数 有关，而 线圈中的电流 等于 （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 左 （填 “左”或“右”）移。 【答】（1）磁；；（2）匝数；等于；（3）左 【分析】（1）通电导体的周围存在磁场，这种现象叫电流的磁效应；根据安培定则判 断电磁铁的磁极。 （2）电磁铁的磁性强弱与电流的大小和线圈的匝数有关；串联电路的电流处处相等。 （3）线圈的匝数一定时，电流越大，电磁铁的磁性越强。 【解答】解：（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 具有磁效应。由安培定则可知：的上端为它的极； （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匝数有关，而线圈 中的电流等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 向左移，滑动变 阻器接入电路的电阻变小，增大电路中的电流，电磁铁的磁性增强。 故答为：（1）磁；；（2）匝数；等于；（3）左。 【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 【答】 【分析】分析乙图中压敏电阻的特点，结合欧姆定律和杠杆的相关知识得到调高报警器 的限载重量的方法。 【解答】解：B、由乙图可知，压敏电阻的阻值随着压力的增大而减小，因此要想提高 报警器的限载重量，必须增大电路中的电阻，减小电磁铁电路中的电流，所以可以将滑 动变阻器R0的滑片适当向左移动，或者把电源1 的电压适当降低，故B 错误； D、观察甲图发现，衔铁和弹簧的部分实际上是一个杠杆，电磁铁的吸引力为动力，弹 簧的拉力为阻力； 要适当调高报警器的限载重量（即压敏电阻受到的压力增大），由图乙可知压敏电阻的 阻值减小，在滑动变阻器R0 接入阻值不变时，总电阻减小，根据欧姆定律可知，控制 电路中电流增大，则电磁铁对衔铁的吸引力增大； 要让衔铁不那么容易被吸下来，由杠杆平衡条件可知，在阻力不变情况下，应增大左端 的阻力臂，即把弹簧B 水平向左适当移动一段距离；或者减小动力臂，即把电磁铁水平 向左适当移动一段距离；故正确，D 错误。 故选：。 【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 L 2 （选填“L1”或“L2”）亮，则判定该运动员抢跑。 【答】；L2 【分析】（1）根据安培定则判断电磁铁磁极； （3）通过电磁铁的电流越大，电磁铁的磁性越强；根据图示的控制电路与工作电路分 析答题。 【解答】解：由图可知，电流从电磁铁的上端流入，下端流出，根据安培定则可知，电 磁铁的上端为极； 工作人员闭合开关S1、S2，发令指示灯L1 亮，运动员抢跑后，R0 所受压力变小，其电 阻变小，根据欧姆定律可知控制电路中的电流变大，电磁铁的磁性增强，将衔铁吸下， 灯L2所在电路接通，则抢跑指示灯L2亮。 故答为：；L2。 【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 【答】D 【分析】（1