1、第 3 节 电磁铁 电磁继电器 整体设计电磁继电器和扬声器均是电磁铁的具体应用，是上节内容的继续和延伸。学习本节内容的意义在于让学生在了解这两种装置的构造和原理的过程中，了解它们在现实生活中的作用以及对人们生活的影响，同时也拓宽学生的知识面，是属于“物理走向社会”的内容。电磁继电器的工作原理是本节的重点和难点，对这部分内容，要充分发挥学生的 主体性，在引出继电器定义后，让学生通过观察电磁继电器的结构图，明确各部分的结构，再通过小组合作，理清其工作原理，让学生先有个理论上的认识。然后，通过阅读电磁继电器的说明书及探究用继电器控制灯泡电路的实验，让学生从实践中去认识电磁继电器的应用，从而达到服务生
2、产和生活的目的。在阅读电磁继电器的说明书时，要教会学生处理信息的能力，使学生能区分有用信息和无用信息，从而提高信息处理能力；对探究继电器控制灯泡电路的实验，教师可放开，让学生自己去处理即可 。扬声器的教学可以借助于课件和实物，使学生对扬声器的构造和原理有一个大概的了解。鉴于这部分内容学生比较熟悉，内容比较简单，但理解上有一定的难度，可设计一实验，让电流通过扬声器发生的现象，来推知扬声器的工作原理，提高学生学习的兴趣。教学重点：了解电磁继电器的结构和工作原理。教学难点：1电磁继电器的工作原理；2电磁继电器控制电路的通断是怎样实现的。教学方法：1问题引导，小组讨论，以观察、实验为基础探讨式教学；2
3、创设情景 ，以学生为主体，教师点拨为辅，学练结合的模式。课时安排：1 课时三维目标一、知识与技能1了解电磁继电器和扬声器的结构和工作原理；2初步认识物理知识的实际应用。二、过程与方法通 过阅读说明书和观察电磁继电器，知道如何使用电磁继电器，提高学生的观察分析及操作能力。三、情感态度与价值观通过认识电磁铁的实际应用，引导学生在头脑中使理论知识和生产实际建立联系，提高学习物理知识的兴趣。课前准备多媒体课件、电磁继电器、废旧扬声器、电磁继电器说明书、电池组、开关、导线、灯泡、5 号电池、扬声器。教学设计导入新课创设情境，引入课题提出问题：如图甲，码头工人用怎样的电磁铁才能吊起 50 吨重的集装箱？回
4、忆得出：电磁铁电路中的电流足够大、线圈匝数要多。播放：接近高压危险的图片和工人利用电磁继电器工作的录像片段。如图乙。甲 乙提出问题：人接近高压是非常危险的，图乙中的机器是由强电流驱动的，可是工人师傅直接接触按钮来操作，难道工人师傅不怕危险吗？为什么？引入课题：其实工人师傅按下的只是继电器的开关，并未接触强电流。它是怎样工作的呢？这节课我们就来学习有关电磁继电器的知识。推 进新课一、电磁继电器1电磁继电器的概念及原理提出问题：什么是继电器？多媒体展示：电磁继电器就相当于一个自动开关，它是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路的装置。展示实物：如右图，让学生观察并提问，它的内
5、部有怎样的结构呢？多媒体展示：电磁继电器的构造图，如右图，并播 放电磁继电器的工作过程。提出问题：观察并说出继电器由哪几部分组成。小组交流、讨论电磁继电器的工作原理。结论：电磁继电器是由电磁铁、衔铁、簧片、触点(静触点、动触点) 组成；可分为低压控制电路和高压工作电路两部分。A电磁铁 B衔铁 C弹簧 D动触点 E静触点工作原理：当低压控制电路中有较小的电流通过线圈时，电磁 铁 A 把衔铁 B 吸下，使动触点 D 与静触点 E 的两个接线柱所连的高压工作电路接通，电动机工作。2阅读电磁继电器说明书小组活动：以小组为单位，阅读电磁继电器说明书，小组内交流讨论；小组内解决不了的问题，由代表提出，由全
6、班同学解答。总结：说明书上最重要的是“线圈额定电压、额定工作电流、工作电路电压”这几个指标。 “线圈额定电压 直流 6 V”表示控制电路正常工作时，电磁铁 A 两端接直流 6 V 的电压。 “被控制电压 220 V，电流 1 A”表示线圈工作电路电压 220 V，电路中电流是 1 A。3探究实验探究课题：用电磁继电器控制灯泡的亮暗。观察活动：观察电磁继电器上的几个接线端的位置，分清低压控制电路和高压工作电路。设计电路：用一个电源和小灯泡组成工作电路，如右图所示。实验：按图连接电路，并进行验证。结论：当继电器通电时小灯泡亮，断电时小灯泡灭。4典例精析(用课件展示例题和练习题 )如图所示的是某一蒸
7、汽锅炉的报警器线路示意图，当压强增大时，红灯亮，电铃响，以示危险。锅炉压强在正常范围内时，绿灯亮，以示安全。请你根据结构示意图分析一下报警器的工作原理。(H 为金属活塞)解析：当锅炉中压强在正常范围时，电磁铁线圈中无电流，衔铁上动触点与上静触点接触，绿灯发光，以示安全。当锅炉中压强增大时，金属活塞 H 在气体压力作用下向右运动，当压强 增大到一定程度时，金属活塞 H 与触头 a、b 接触，电磁铁中的线圈通电，电磁铁有磁性，在磁力的作用下，衔铁被吸下，绿灯电路被切断，与此同时，衔铁的下动触点与下静触点接触，红灯电铃被接通，红灯亮，电铃响，以示 危险。点评 ：本题用于考查学生关于电磁继电器实际应用
8、的能力。5即学即练如右图是一种防汛报警器的原理图。K 是触点开关，B 是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有个浮子 A，试说明这种报警器的工作原理。答案：水位升高时，浮子 A 会推动 B 一起上升，当水位达到或超过警戒线时，使控制电路接通，这时，电流通过电磁铁吸引衔铁，使工作电路接通，电灯发光报警。当水位降低时，浮子 A 带动 B 一起下降，当水位低于警戒线时，控制电路断开，电磁铁因无电流通过，不再吸引衔铁，在弹簧作用下，工作电路被断开，电灯不再发光报警。二、扬声器是怎样发声的1扬声器提出问题：声音是怎样产生的？学校的喇叭、我们家中的音响、电视机又是靠什么发出声音的？总结：一切发声体都在振动；喇叭、音
9、响、电视机是靠扬声器的振动来发声的。引出定义：扬声器是把电信号转变为声音信号的装置。2扬声器的构造和原理展示：扬声器的构造示意图，如右图所示，主要由哪几部分组成？结论：A 是线圈，B 是永久磁体，C 是锥形纸盆。实验探究：将一节 5 号电池通过开关直接连到扬声器的输入端，电路通电和断电时，观察扬声器锥形纸盒的运动情况(可用手触摸来感觉) ；改变电源的极性，再观察扬声器锥形纸盒的运动。结论：通电时，线圈受磁体吸引带动锥形纸盒向里(或向外) 运动并发出声响。改变电流方向，通电时，线圈受磁体排斥带动锥形纸盒向外(或向里 )运动并发出声响。总结：当线圈中通过如右图所示的电流时，可以判断出线圈的左端相当
10、于磁体的 S 极，与它相邻的是永久磁体的 S 极，因此线圈受到磁体的斥力向右运动；当线圈中通入相反方向的电流时，线圈受到磁体的吸引向左运动。由于通过线圈的电流是交变电流，它的方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。3即学即练(课件展示问题)在阅读录音带或录像带的使用说明时，常有一句警告性的语言“不要放在电视机或录音机的喇叭附近” ，其原因是( )A电视机或录音机发出的声音会破坏录音带或录像带上的声音、图像等B商家的一种习惯用语C录音带或录像带上的磁性会干扰电视机或录音机的正常工作D电视机或录音机喇叭上的磁 体会破坏录音带或录像带的磁性答案：D拓展深化为什
11、么收音机里的扬声器越大，低音越好？人耳能够听到的声音是频率在 20 Hz 到 20 000 Hz 之间的声音。在音乐和语言里，声波的振动频率范围约在几十赫兹到几千赫兹之间，最低的男低音大约 60 Hz 左右，最高的女高音大约 1 300 Hz 左右，各种乐器所能发出的声音频率，一般在 4 000 Hz 至 5 000 Hz，因此，收音机里的扬声器要能真实地放送出所有语言和音乐中最高和最低的声音，就是一台优良的收音机。扬声器的大小和放音的质量有很大的关系，尺寸小的扬声器适宜做快速的振动，善于放送高音，但不能放送较低的低音；尺寸大的扬声器适宜于做低速的振动，善于放送低音，所以，要收音机的音响优美，
12、最好用尺寸大一些的喇叭。为了避免大扬声器不能放送高音的缺点，有些特别好的收音机用几个大小不同的扬声器匹配起来，使大扬声器放送低音，小扬声器放送高音，这样就能真实地把音乐和语言的声音放送出来。课堂总结结合板书归纳小结，并指出电磁铁、电磁继电器、扬声器都是人们认识电流的磁效应后发明创造的，这说明了理论知识在指导生产中的重要作用。布置作业1 “动手动脑学物理”的 2、3 题；2寻找废旧扬声器，拆开观察其结构。板书设计五、电磁继电器 扬声器活动与探究课题：制作简易电磁继电器目的：进一步了解电磁继电器的原理，培养学生观察、动手能力，激发学生学习的兴趣。材料：直径 0.4 厘米的铁棒、木线轴、直径 0.5
13、 毫米的漆包线、铁皮、电工胶布、木螺丝、木板、钉子、木条、弹簧、塑料片、铜片等。方案：电磁铁：用直径 0.4 厘米的铁棒弯成蹄形，插入两个木线轴的孔内作铁心。用直径 0.5毫米的漆包线在一个线轴上绕三层；在另一个线轴上以同一方向再绕三层，表面用电工胶布包着，用木螺丝固定在 1581 厘米 3 的底板上。如图所示。衔铁：剪一块 81 厘米 2 的厚铁片作衔铁，像图中那样，把它用钉子固定在支柱上，但可以转动；衔铁的左端用弹簧拉住，当电流中断时，弹簧可以使衔铁自动离 开触点；衔铁的右端接一塑料片，塑料片的前端装一铜片作为接触板，在接触板的下面的支柱上装两个触点，当衔铁被电磁铁吸引时接触板可以与触点吻
14、合接通工作电路。应用：利用自己制作的电磁继电器控制灯泡电路的开关。设计反思这是一节应用课，重点是电磁继电器的工作原理及它是怎样控制电路的。在本设计中，并不是简单地讲解，而是通过学生观察、讨论、实验的方式去掌握知识，注重了学生的感性体验，符合学生认知的规律。对知识的难点，利用例题和习题对学生进 行的训练，使学生明白电路的控制，并学会分析电路的方法，做到了有效的突破。对扬声器的原理理解起来比较困难一些，因此在设计中采用了实验探究的方法，既提高了兴趣，又不至于使该课不完整，很好地体现了“从生活走向物理”的理念。参考资料继电器(一)继电器结构原理继电器是一种电子控制器件，通常应用于自动控制电路中，它实
15、际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的种类较多，如电磁式继电器、舌簧式继电器、启动继电器、限时继电器、直流继电器、交流继电器等。但应用于电子电路的，用得最广泛的就是电磁式继电器了。通常，电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。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下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点
16、 )吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态 的静触点，称为“常开触点” ；处于接通状态的静触点称为“常闭触点” 。其实，电磁式继电器又可分为直流与交流两种。区分如下：凡是交流电磁继电器，其铁芯上都嵌有一个铜制的短路环；而 直流继电器是没有的。(二)继电器技术参数1额定工作电压是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。2直流电阻是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。3吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流
17、必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的 1.5 倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。4释放电流是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态，这时的电流远远小于吸合电流。5触点切换电压和电流是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。(三)继电器测试1测触点电阻用万能表的电阻挡，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为 0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出哪个是常闭触点，哪个是常开触点。2测
18、线圈电阻可用万能表 R10 挡测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。3测量吸合电压和吸合电流找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以多测几次求平均值。4测量释放电压和释放电流也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多测几次而取得平均值。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的 10%50% ，如果释放电压太小 (小于 1/10 的吸合电压) ，则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。
