生活中的电磁铁

韩思聪

随着科技的发展与进步，电与磁几乎遍布于我们生活中的每一个角落。其中，电磁铁的应用扮演着重要的角色，成为我们生活中不可或缺的一部分。电磁铁，顾名思义，就是利用电流的磁效应制造的铁制磁体，广泛应用于各个领域。在我们的日常生活中，电磁铁也充分发挥了其优势。下面介绍以电磁铁为核心的控制系统在交通、医疗、生产生活等领域的应用。

例1 各城市在路口处安装了交通电子警察自动抓拍系统，行人违规闯红灯时，“电子警察”就会自动抓拍人脸，同时将该人信息显示在路旁电子屏幕上。该系统的电路图如图1所示。下列有关说法正确的是（）。

A. 只要光控开关接收到红光，摄像系统就会自动拍摄

B. 只要行人经过埋有压力开关的路口，摄像系统就会自动拍摄

C. 只有光控开关和压力开关都闭合时，摄像系统才会自动拍摄

D. 若光控开关和声控开关并联也可起到同样的作用

解析：由题图可知，交通电子警察自动抓拍系统中光控开关和压力开关是串联在控制电路中的。分析题意可知，在红灯亮起期间，光控开关闭合，在行人违规闯红灯时，压力开关受到行人的压力闭合。根据题意可知，需光控开关和压力开关同时闭合，控制电路中才会有电流通过，电磁铁通电后获得磁性吸引衔铁，将摄像系统所在电路接通，摄像系统实现自动抓拍，故选项A、B错误。要使摄像系统工作，要同时具备两个条件：红灯亮起，光控开关感知红光而闭合；行人违规闯红灯，压上压力开关使其闭合。两个条件须同时满足，缺一不可，故光控开关和压力开关必须串联，故选项D错误。

答案：C

点评：本题考查电磁继电器的应用，解这类问题的关键在于认清电路的构造，根据题图分析出电磁继电器中的控制电路和工作电路，进而结合题意分析其工作原理。本题中需要注意的是光控开关和压力开关须同时闭合，工作电路才会接通进行抓拍，此类电路应设计成串联。

例2 人工心脏泵能短时间代替心脏工作，其结构如图2所示。线圈[AB]固定在活塞的柄上，泵室通过单向阀门与血管相通。阀门[S1]只能向泵室外侧开启；阀门[S2]只能向泵室内侧开启。关于人工心脏泵，下列说法正确的是（）。

图2

A. 电流从线圈[A]端流入时，血液流入泵室

B. 电流从线圈[A]端流入时，活塞向右移动

C. 线圈[AB]中应通入大小方向都不变的直流电

D. 人工心脏泵跳动的频率由线圈中电流的大小决定

解析：当电流从线圈A端流入时，根据安培定则可知，电磁铁右端为N极，左端为S极，与左侧永磁體异名磁极相互吸引，带动活塞向左移动，泵室内压强减小，而血管内压强较大，使得阀门[S1]闭合，阀门[S2]打开，血管②中血液经阀门[S2]流入泵室，故A正确，B错误。根据题图结合题意可知，若线圈AB通入直流电，则线圈中电流方向不变，活塞只能向一个方向移动，不能完成泵血任务，因此若使此装置中血液既能从血管②中流入人工心脏又能从人工心脏输出至血管①维持人体血液循环，活塞运动方向须改变，则需改变线圈AB中电流方向，线圈应接入交流电，故C错误。人工心脏跳动频率由活塞左右运动频率决定，影响活塞运动频率的是交流电电流方向改变的快慢，与电流大小无关，故D错误。

答案：A

点评：本题主要考查了电磁铁的优点、安培定则的应用及磁极间相互作用规律等，难点是分析两个阀门的打开和闭合情况。解题时，首先应根据安培定则和磁极间相互作用规律综合判断活塞的运动情况，再结合题意“阀门[S1]只能向泵室外侧开启；阀门[S2]只能向泵室内侧开启”利用压强的知识判断血液的流向。

例3 如图3所示为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，当电流流入电磁铁时将吸引或排斥小磁铁，进而带动弹性金属片上下运动压缩气囊，小磁铁下方为[N]极，气室内有两个单向阀门可分别绕点[M]、[N]转动，以下选项中正确的是（）。

A. 当电流从[A]端流入电磁铁时，金属片向下运动

B. 当电流从[B]端流入电磁铁时，气体推开[M]阀门进行充气

C. 当电流从[A]端流入电磁铁时，[M]、[N]处阀门都被推开，气体进入气室

D. 改用直流电流入电磁铁时，气泵仍正常工作

解析：当电流从A端流入电磁铁时，根据安培定则可知电磁铁上方为N极，已知小磁铁下方为N极，由于同名磁极相互排斥，因此小磁铁和弹簧金属片带动连杆向上运动，使得橡皮碗被拉长，碗内气压减小，气室内气压小于外界气压，M处阀门关闭，N处阀门打开，气流通过N处阀门进入气室，故A、C错误。当电流从B端流入电磁铁时，电磁铁上方为S极，与小磁铁异名磁极相互吸引，带动弹簧金属片和连杆向下运动，橡皮碗被压缩，碗内气压增大，气室内气体将M处阀门推开进行充气，故B正确。若改用直流电，电磁铁中线圈电流方向无法改变，弹簧金属片无法上下运动进行循环充气，电动充气泵将无法正常工作，故D错误。

答案：B

点评：本题对于能力的考查在于根据题干和题图结合安培定则、磁极间相互作用关系及气体体积与压强的关系分析出电动充气泵的工作过程。对于此类问题，首先应根据电流方向判断电磁铁极性，然后根据磁极间作用规律结合其他物理原理分析解决问题。

由以上实例我们不难发现，电磁铁的广泛应用对人类社会的发展和进步有着重要的影响。虽然电磁铁的发明已经有了很长的历史，但是我们相信，在未来的发展中，电磁铁还将继续发挥着其重要的作用。希望同学们能够学好物理，学以致用，将来为我国的科学技术现代化做出自己的贡献，建设科技强国！

（作者单位：锦州市实验学校）