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，引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F.磁感应

2、强度是矢量，把某点的磁场方向定义L 的乘积 IL 的比值叫磁感应强度，即 BIL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

3、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

4、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是相同的 .O2.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=L 1,bc=ad=L2, 它可以绕对

5、称轴 OO转动，线圈中的电流强度为 I ，线圈处于磁感应强度 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=BIL 1，这一对力偶的力偶臂为 L2 ，所受安培力的总力矩 M=BIL1L 2=BIS.bcBadO/Fa(b)d(c)B教师在此基础上又提问两个问题：F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问题 2如果是 n 匝线圈，当线圈平面与磁场方向成 角时，线圈d(c)所受安培力的力矩又为多大？一个学

6、生上黑板解答如下B当线圈平面与磁场方向成 角时， ab、cd 边受力情况如图所a(b)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F小，但这一对力的力偶臂变为L2 cos ，则线圈所受安培力的力矩F为 M=nBIS cos.说明：在匀强磁场，转轴OO B 的条件下， M 与转轴的d(c)位置及线圈的形状无关 .当线圈平面与磁感线平行时， 00，磁力矩最大；当线圈平B面与磁感线垂直时， 900，磁力矩为零 .a(b)投影片出示例题F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 I=5 A, 磁感应强度 B=1.0T，三角形边长 L=30 cm.求线

7、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OO 和 B 相垂直的条件下，M 与转轴的位置和线圈的形状无关.所以 M=BIS=1.0 T ×5A ×1 × 0.3 m× 0.3 m× sin60° =0.2 N · m.2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 ac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 &#

8、183; sin30° F=BIL cos30°2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16 21教师结合图进行讲解如图，矩形线框两条边所受安培力大小相等，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M1=NBI ·S,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

9、的弹性力矩 M2 与指针的偏转角度 成正比，即 M2=k，（其中 k 由弹簧决定）当 M1 =M2 时，线圈就停在某一偏角 上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角 ，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 M1=M2 可得 NBIS=k， = 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 I,可见 与用指针的偏角来测量电流强度I 的值；I 一一对应，从而（ 2）因 I, 随 I 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 中 k 的决定因素及意义吗？学生答 M =k 中

10、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 / 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

11、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Obc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B连同指针达到平衡，静止在某一刻度.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ad线圈 abcd，可绕中心轴 OO /转动，则在转动过程中： （ CD ）O/A ad 和 bc 两边始终不受安培力作用Bab 和 cd 两边受

12、到的安培力的大小和方向在转动过程中不断变化Cab 和 cd 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 ox 轴转动，线圈的 4 个边分别与 x、y 轴平行， 线圈中电流方向如图， 当空间加上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D. 方向沿 x 轴的反方向的恒定磁场5 U 形金属框的质量为 m，每边长为a，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I 时

13、，求平衡后 U 形框平面与竖直方向的夹角 .分析与解：线框在重力和磁力矩的作用下平衡时，由力矩的平衡条件得：MF=MG即： BIL · Lcos =1mg· Lsin +2mg·1Lsin 332则： tan = 3BILACD22m gmgDEF31Bmg四、小结B3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 )1.磁场对通电线圈的作用磁力矩.（ 1）磁场与通电线圈平行时，磁力矩最大，M m=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角时，磁力矩 M=NBIS cos .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磁力矩.(1)磁场与通电导线