初中物理 电磁继电器的工作原理
精准精炼 【考点精讲】
1. 结构
电磁继电器由两部分组成，一是低压控制电路，有电磁铁、低压电源、弹簧、开关（有的是由对力、光、声、热等敏感的元件组成）；二是高压工作电路，有高压电源、衔铁、动静触点开关、用电器。 2. 工作流程
3. 电磁继电器的应用和实质
应用：利用电磁继电器可以实现利用低电压控制高电压及进行远距离操作和自动控制。
实质：由电磁铁控制工作电路通断的开关。 4. 电磁继电器的类型有两种 ①“单刀型”
有一个静触点、一个动触点，多用于简单的控制电路中，可以控制电路的通断； ②“单刀双掷型”
有两个静触点，一个动触点，多用于较复杂的自动控制电路中，它的动、静触点相当于一个单刀双掷开关，能实现电路的切换：电磁铁有磁性时，电磁铁吸引衔铁，接通一个电路；当电磁铁没有磁性时，弹簧拉起衔铁，断开一个电路同时接通另一个电路。 5. 实际应用
（1）实现安全操作
由于工作电路中的高电压、强电流对人体危险，使用电磁继电器中的低电压、弱电流的通断来间接地控制高电压、强电流的工作电路的通断；
（2）实现远距离操作
有时在生产场所温度较高或工作环境不好时，也可以把电磁继电器留在那里，而把控制电路的开关安装在较远的相对较安全的地方，从而实现远距离控制；
（3）实现自动控制
如果把控制电路的开关换成对温度或光照敏感的元件，或在特定条件下能自动闭合或断开的装置，还可以由这些元件来控制电路的通断，实现温度自动控制、光自动控制、压力自动控制、水位自动报警等。
【典例精析】
例题1 如图是汽车启动装置原理图，对于这一装置及其工作特点，下列说法中不正确的是（ ）
A. 旋转钥匙能使电磁铁所在电路工作 B. 电磁铁的工作电压比电动机的工作电压低 C. 电磁铁通电时，上端是S极下端是N极
D. 电磁铁通电时，吸引上方的衔铁，使触点A向右与B接触
思路导航：将汽车钥匙插入钥匙孔，转动钥匙相当于闭合电磁铁的开关，使电磁铁工作，吸引衔铁向下，就会使触点A向右运动与触点B接触，把电动机所在电路接通，使汽车启动，所以A、D两项正确；由图知，电磁铁的工作电压是由一个电源提供的，而电动机的工作电压是由两个电源串联后提供的，所以电磁铁的工作电压比电动机的工作电压低，B项正确；根据装置图容易判断出电磁铁的上端为N极，下端为S极，C项错误。
答案：C
例题2 （黄冈）城市下水道井盖丢失导致行人坠入下水道的悲剧时有发生，令人痛心。为此，某同学设计了一种警示电路：在井口安装一环形灯L，井盖相当于开关S；正常情况下（S闭合），灯L不亮；一旦井盖丢失（S断开），灯L立即亮起，以警示行人。图中电路符合要求的是（ ）
思路导航：由图A可知S闭合时，电磁铁有磁性，被控制电路闭合灯泡发光，S断开时电磁铁无磁性，被控制电路断路灯泡不发光，故A不符合题意；由图B可知S闭合时，电磁铁有磁性，被控制电路断路灯泡不发光，S断开时电磁铁无磁性，被控制电路闭合灯泡发光，故B符合题意；由图C可知S闭合时，电磁铁有磁性，被控制电路闭合灯泡发光，S断开时电磁铁无磁性，被控制电路断路灯泡不发光，故C不符合题意；由图D可知无论S闭合还是断开时，被控制电路的灯泡始终发光，故D不符合题意。
答案：B
例题3 小明的奶奶年事已高，行动不便，为方便护理，小明制作了一个由电磁继电器、白炽灯、电铃、干电池和按钮开关组成的“呼叫器”。当奶奶按下床头的按钮开关时，灯亮，铃响，则电铃与电源串联后应接在图中的_______两点之间，按钮开关与电源串联后应接在________两点之间。
思路导航：本题考查的是电磁继电器的基本应用，解答时首先应理解电磁继电器的基本原理。电磁继电器实际上就是一个由电磁铁来控制的开关，所以要想控制电磁继电器就得首先能够控制电磁铁的磁性有无，而电磁铁的磁性有无是由它线圈中电流的通断决定的，所以应给电磁铁的线圈上加上电源和开关，即电源和开关应接在DE两点之间；当开关被按下后，电磁铁通电具有了磁性，会将衔铁吸下，于是AB两点断开，而BC两点连通，所以此时要想让铃响，则应将电铃与电源接在BC两点之间。
答案：BC、DE
例题4 如图所示，是一种水位自动报警器的原理示意图，其中A、B为两金属块，请对照图说出它的工作原理。
思路导航：正确表述出它的工作原理的关键就是要明白低压工作电路是怎样工作的，然后又是怎样通过电磁继电器来控制高压工作电路的，把两种工作电路之间的关系表述出来就是该装置的工作原理。
答案：当水位上升到A金属块时，由于水是导体，因此就有电流流过电磁铁，电磁铁从而具有磁性，把衔铁吸引下来，使动触点与下面的静触点相结合，则红灯开始亮，即开始报警；当水位下降到A金属块以下时，低压控制电路被切断，电磁铁中没有电流流过失去了磁性，弹簧把衔铁拉起来，使动触点与上面的静触点结合，从而绿灯开始亮，即表示安全状态。
例题5 小敏设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器”，如图甲，拍摄照片记录机动车辆闯红灯时的情景。
工作原理：当光控开关接收到某种颜色的光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化引起电流变化到一定值时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机工作，拍摄违规车辆。光控开关未受到该种光照射时自动断开，衔铁没有被吸引，工作电路中的指示灯发光。
回答下列问题：
（1）根据工作原理，将电路连接完整。
（2）要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到 （选填“红光”、“绿光”或“黄光”）时，自动闭合。
（3）由图乙可知，压敏电阻R的阻值随受到压力的增大而 。
（4）已知控制电路电压为6V，继电器线圈电阻为10Ω，当控制电路中电流大于0.06A时，衔铁被吸引。通过计算说明，只有质量超过多少kg的车辆违规时才会被拍照记录？（g取10N/kg）
思路导航：（1）根据题设条件，工作电路中的指示灯和电控照相机的左端均要与电源正极相连，而它们的右端应分别与继电器中的上接触点和下接触点相连。
（2）显然，光控开关应在接收到红光时自动闭合。 （3）观察图乙可知，压敏电阻随压力的增大而减小。
（4）控制电路中的电流为0.06A时，根据欧姆定律以及电阻的串联特点可求出此时压敏电阻的阻值，从图乙中读出对应的压力，即可知道质量超过多少千克的车辆违规时才会被拍照记录。
答案：（1）如图所示。
（2）红光 （3）减小 （4）I＝U/R
R总＝U/I＝6V/0.06A＝100Ω 压敏电阻R＝100Ω-10Ω＝90Ω 据图可知，F＝4×103N
m＝G/g＝4×103N/10N/kg＝400kg
【总结提升】
电磁继电器的三种考查形式
1. 电磁继电器的工作原理
在具体表述电磁继电器的工作原理时，就是要表述清楚电磁继电器的工作过程，需要注
意的是，电磁继电器的工作过程包括两个方面：
①当电磁继电器中通有电流时的情况； ②当电磁继电器中没有电流通过时的情况。 2. 电磁继电器的电路判断
根据电磁继电器的电路连接情况进行相关判断时，我们要按照一定的顺序进行思考，而分析这类问题的顺序是：
3. 电磁继电器的设计
解此类题目的关键是分析清楚电磁继电器具体应用元件工作的两个过程，即出现异常时和正常时控制电路和工作电路的工作情况：动、静触点是怎样分离和结合的，哪些电路元件工作或不工作等，之后，再根据具体要求连接电路或设计电路。
同步练习
（答题时间：25分钟）
1. 如图所示，电磁继电器能通过低压控制电路间接地控制高压工作电路。下列说法正确的是（ ）
A. 连有电动机的电路是低压控制电路
B. 电磁继电器实际上是一个由电磁铁控制电路通断的开关 C. 利用电磁继电器主要是为了节约用电 D. 利用电磁继电器主要是为了操作方便
2. 如图是直流电铃的工作原理图。关于电铃工作时的说法不正确的是（ ）
A. 电流通过电磁铁时，电磁铁有磁性且A端为N极
B. 电磁铁吸引衔铁，弹性片发生形变具有弹性势能 C. 小锤击打铃碗发出声音，是由于铃碗发生了振动 D. 小锤击打铃碗时，电磁铁仍具有磁性
3. 如图所示是恒温箱的简易电路图，其工作原理是：接通工作电路后，电热丝加热，箱内温度升高，当箱内温度达到温度计金属丝A所指的温度时，控制电路接通，电磁铁有磁性，衔铁被吸下，工作电路 ，电热丝停止加热。当箱内温度低于金属丝A所指的温度时，控制电路断开，衔铁被 ，工作电路再次工作，电热丝加热，从而保持恒温箱内温度恒定。
4. 在较复杂的自动控制电路中，常使用“单刀双掷型”电磁继电器，它有两个静触点和一个动触点，能够实现电路的切换：电磁铁有磁性时，电磁铁吸引衔铁，接触一个电路；当电磁铁没有磁性时，弹簧拉起衔铁，断开一个电路同时接通另一个电路。例如，用热敏电阻（受温度影响阻值会发生变化的电阻）和电磁继电器组成的火警器的示意图，正常情况下 发光（填“L1”或“L2”）；热敏电阻R受热后，其阻值会 （填“增大”或“减小”），当这种变化达到某一程度时，电磁铁的磁性 （填“增强”或“减弱”）足以吸引下衔铁，使L2发光。
5. 如图所示，是简单的火警自动报警装置所需的电路元件。其中，温控开关在温度升高到某值时自动闭合，常温时自动断开。要求：当发生火灾时红灯亮，发出报警信号；正常情况下绿灯亮。请按上述要求，将图中元件连成一个火警报警器电路（a、b、c为三个接线柱）。
a b 温控开关 绿 c
6. 电磁铁是电磁继电器的重要组成部分之一。如图所示是宾馆某房间电路的部分连接图，控制电路的主要器件是带有磁性的卡P和电磁继电器J。进房间时只要将带有磁性的卡P插入盒子Q中，这时由于磁体吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使房间的电器开始工
红 作。图中E为低压电源、U为220V电源。L为灯泡、S为开关。cd相吸，Oba便接通。请你将图中各接线端1、2、3、4、5、6、7、8适当地连接起来，构成能正常工作的门卡电路。
7. 小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图象。
（1）由图乙可知，当环境温度为40℃时，热敏电阻阻值为 Ω。当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 ，继电器的磁性将 （均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
（2）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 相连，指示灯的接线柱D应与接线柱 相连（均选填“A”或 “B”）。
（3）图甲中线圈下端P的磁极是 极（选填“N”或“S”）。 （4）请计算说明，环境温度在什么范围内时，警铃报警。
试题答案
1. B
2. D 解析：根据右手定则可以判断出，当电路中有电流通过时，电磁铁的A端为N极，A项正确；由于电磁铁吸引衔铁，使得弹性片发生形变，而具有弹性势能，B项正确；这时小锤击打铃碗，使铃碗振动产生声音，C项正确；小锤击打铃碗时弹性片已经和衔铁脱离接触，电磁铁没有电流通过，因此没有磁性，D项错误。
3. 断开（或停止工作）；弹簧拉起 解析：当温度升高使控制电路接通，电磁铁将衔铁吸下，使工作电路的两触点分开而停止工作；当温度降低使控制电路断开，在弹簧的作用下将衔铁拉起，使工作电路再次工作。
4. L1；减小；增强 解析：热敏电阻受热后，其阻值减小，控制电路中的电流增大，电磁铁的磁性增强。
5. 如图所示。
6. 如图所示。
7. （1）70 减小 增大（2）B A （3）S
（4）电流等于50mA，继电器的衔铁刚好被吸住，警铃报警。此时控制电路总电阻R总U3V＝＝＝60Ω，热敏电阻的阻值为R＝R总-R0＝60Ω-30Ω＝30Ω，由图可知，此时t＝I0.05A80℃，所以当温度t大于等于80℃时警铃报警。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容