电流表的工作原理

1、第三节电流表的工作原理教学目标：1知道电流表的构造2知道电流表的内部磁场的分布特点3. 能准确判定线圈各边所受磁场力的方向4会推导线圈所受安培力的力矩，理解电流表的刻度为什么是均匀的 教学重点：1电流表的构造及表内的磁场分布特点2.通电线圈所受安培力矩的计算 教学难点：1. 表内的磁场分布特点2电流表的刻度为什么是均匀的 教学方法：阅读法、讲授法、分析推理法教学用具：演示电流表、投影仪、投影片、实物投影仪教学过程一、复习提问，弓I入新课提问什么磁感应强度？它的物理意义和性质各是什么？学生答在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度，即 B=

2、匚.磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向定义IL为该点的磁感应强度的方向磁感应强度B是表示磁场强弱和方向的物理量.磁感应强度由磁场本身决定，即由产生磁场的电流大小、分布和点的位置决定，与检验电流无关提问什么是安培力？学生答磁场对电流的作用力叫安培力提问安培力的大小如何计算？学生答在匀强磁场中，在通电直导线和磁场方向垂直的情况下，电流所受的安培力F等于磁场感应强度 B,电流I和导线长度L三者的乘积，即 F=BIL提问安培力的方向如何判断？学生答通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系， 可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把 手放入

3、磁场中，让磁感线垂直穿入手心， 并使伸开的四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向教师讲述在日常生产生活以及科学实验中，处处都用到一种测量电流强弱和方向的仪表一一电流表.这节课我们就一起研究电流表的工作原理二、新课教学1. 电流表的组成及磁场分布请同学们阅读课文，然后回答 .电流表主要由哪几部分组成的？数分钟后，教师出示实物投影 学生答电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成电流表的组成：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘实物投影课本图16-21 :问题电流表中磁场分布有何特点呢？教师讲解电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布

4、的问题什么是均匀辐向分布呢？教师进一步讲解所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心， 不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的问题假如线圈转动，磁铁和铁芯之间的两个边所经过的位置其磁场强弱怎样？学生思考后回答假如线圈转动，磁极和铁芯之间的两个边所经过的位置其磁场强弱b|i icfc-,.pr Bali id01 /0是相同的2线框在匀强磁场中的磁力矩投影片出示例题如图所示，单匝矩形线圈的边长分别为ab=cd=Li,bc=ad=L2,它可以绕对称轴 00转动，线圈中的电流强度为I，线圈

5、处于磁感应强度B的匀强磁场中，当线圈平面与磁场平行时，求线 圈所受的安培力的总力矩解析：线圈平面与磁场平行时，所受力如图所示，两边安 培力的大小为F = BILj，这一对力偶的力偶臂为 L2，所受安培力 的总力矩 MuBILjLzuBIS.教师在此基础上又提问两个问题：问题1 在上题的基础上，如果是 n匝线圈，则线圈所受安培力的力矩为多大?学生答如果是 n匝线圈，则线圈所受安培力的力矩为M=nBIS.f F问题2如果是n匝线圈, 所受安培力的力矩又为多大？一个学生上黑板解答如下当线圈平面与磁场方向成 0当线圈平面与磁场方向成0角时，角时，ab、cd边受力情况如图所线圈a(b)d(c)FF& d

6、(c)Ba(b)F示.若为n匝线圈，ab、cd边受的安培力仍为平面与B平行时的大小，但这一对力的力偶臂变为L2COS0，则线圈所受安培力的力矩为 M=nBIS cos 0 说明：在匀强磁场，转轴00丄B的条件下，M与转轴的位置及线圈的形状无关当线圈平面与磁感线平行时，0 = 0,磁力矩最大；当线圈平面与磁感线垂直时，0 = 90，磁力矩为零投影片出示例题如图所示，一正三角形线圈，放在匀强磁场中，磁场与线圈平面平行，设1=5 A,磁感应强度B=10 T,三角形边长 L=30 cm 求线圈所受磁力矩的大小及转动方向（电流方向为acba）解答一因为在匀强磁场中，在转轴 00 和B相垂直的 条件下，M

7、与转轴的位置和线圈的形状无关.所以M = BIS=10 T X 51A x X 03 mX 03 m X sin60=0.2 N m.2ac根据左手定则ab边受的安培力方向垂直于ab边向下，ac边受的安培力方向垂直于边向上，所以线圈的转动方向为：从上往下看为顺时针转动解答二bc边不受安培力；ab、ac受力等大反向，可认为安培力作用在它们的中点, 磁力矩为M=2F L sin30 F = BILcos302由以上二式求出 M=0.2 N m,从上往下看转动方向为顺时针方向3电流表的工作原理实物投影课本图1621教师结合图进行讲解0上，固定在转轴上的指针也转如图，矩形线框两条边所受安培力大小相等，

8、方向 相反，大小为F=BIL，但两力不在一条直线上，两个力 形成一对力偶，设两力间距为d,则安培力矩 M = F d=BIL d=BIS（其中S为线圈面积）.由于线圈由n 匝串联而成，所以线框所受力矩应为 MNBIs,电流表 内的弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩，已知弹簧产生 的弹性力矩M2与指针的偏转角度0成正比，即M2=kB , （其中k由弹簧决定）当 M!=M2时，线圈就停在某一偏角过同样的偏角0，并指示刻度盘上的某一刻度，从刻度的指示数就可以测得电流强度由 Mi=M2可得 NBIS=k0 , 0 =-NBS Ik从公式中可以看出：（1） 对于同一电流表 N、B、S和k为不变量，所以0 x

9、I,可见0与| 对应，从而 用指针的偏角来测量电流强度I的值；（2）因0 xI, 0随|的变化是线性的，所以表盘的刻度是均匀的问题对比F=kx，你能说出M =k 0中k的决定因素及意义吗？学生答M =k0中k决定于弹簧的材料，金属丝的粗细、形状、螺旋半径等；由k=M / 0知k的物理意义为弹簧扭转单位角度所产生的力矩 .让同学们阅读课文，回答以下两个问题.投影片出示问题1. 为什么电流表可测出电流的强弱和方向？2. 磁电式仪表的优缺点是什么？学生答磁场对电流的作用力和电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测

10、电流的强弱.当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随 着改变，所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向学生答磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流； 缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）.如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏.三、巩固练习投影片出示练习题1. 复述电流表中磁场的分布特点 .2. 对电流表的指针，在什么情况下静止在某刻度？学生答1. 电流表中磁场是均匀地辐向分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行.2. 当安培力矩 M和螺旋弹簧产生的力矩 M 相平衡时，线框连同指针达到平衡，静止在某一刻度.

11、3如图所示，匀强磁场中有一通以方向如图的恒定电流的矩形 线圈abed,可绕中心轴 00,转动，则在转动过程中：（CD）A . ad和be两边始终不受安培力作用B. ab和ed两边受到的安培力的大小和方向在转动过程中不断变化C. ab和ed两边受到的安培力的大小和方向在转动过程中始终不变D. 线圈所受的安培力在转动过程中合力始终为零4. 如图所示，一位于xy平面内的矩形通电线框只能绕 线圈的4个边分别与x、y轴平行，线圈中电流方向如图, 如下所述的哪种磁场线圈会转动起来 .(B)A. 方向沿x轴的恒定磁场B. 方向沿y轴的恒定磁场C. 方向沿z轴的恒定磁场5. U形金属框的质量为 m，每边长为a

12、,可绕AC轴转动，如果空间有一匀强磁场， 磁感应强度为B ,方向竖直向下，当框中通以电流 夹角0 .分析与解：线框在重力和磁力矩的作用下平衡时，21mg Lsin32I时，求平衡后U形框平面与竖直方向的由力矩的平衡条件得:M F=M G1即：BIL Leos 0 = mg- Lsin 0 +3则：tan 0 =2mg四、小结通过本节课的学习，我们学到了以下知识:(从左向右看到的侧视图)D. 方向沿x轴的反方向的恒定磁场1.磁场对通电线圈的作用一一磁力矩.(1) 磁场与通电线圈平行时，磁力矩最大，Mm=NBIS,这里N、S分别为线圈的匝数和 面积.(2) 当磁场与通电线圈垂直时M=0.(3) 磁场与通电线圈的平面成0角时，磁力矩 M=NBIS cos0 .注意：磁力矩的公式与线圈的形状无关.2. 电流表(1)结构 (2)磁场分布特点(3) 工作原理(4)优缺点五、板书设计1.磁场对通电导线的作用一一磁力矩.(1)磁场与通电导线平行时，磁力距最大.M m