電流表的工作原理

1、第三節(jié)電流表的工作原理教學(xué)目標(biāo)：1知道電流表的構(gòu)造2知道電流表的內(nèi)部磁場的分布特點(diǎn)3. 能準(zhǔn)確判定線圈各邊所受磁場力的方向4會(huì)推導(dǎo)線圈所受安培力的力矩，理解電流表的刻度為什么是均勻的 教學(xué)重點(diǎn)：1電流表的構(gòu)造及表內(nèi)的磁場分布特點(diǎn)2.通電線圈所受安培力矩的計(jì)算 教學(xué)難點(diǎn)：1. 表內(nèi)的磁場分布特點(diǎn)2電流表的刻度為什么是均勻的 教學(xué)方法：閱讀法、講授法、分析推理法教學(xué)用具：演示電流表、投影儀、投影片、實(shí)物投影儀教學(xué)過程一、復(fù)習(xí)提問，弓I入新課提問什么磁感應(yīng)強(qiáng)度？它的物理意義和性質(zhì)各是什么？學(xué)生答在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度，即 B=

2、匚.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，把某點(diǎn)的磁場方向定義IL為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量.磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定，即由產(chǎn)生磁場的電流大小、分布和點(diǎn)的位置決定，與檢驗(yàn)電流無關(guān)提問什么是安培力？學(xué)生答磁場對電流的作用力叫安培力提問安培力的大小如何計(jì)算？學(xué)生答在勻強(qiáng)磁場中，在通電直導(dǎo)線和磁場方向垂直的情況下，電流所受的安培力F等于磁場感應(yīng)強(qiáng)度 B,電流I和導(dǎo)線長度L三者的乘積，即 F=BIL提問安培力的方向如何判斷？學(xué)生答通電直導(dǎo)線所受安培力的方向和磁場方向、電流方向之間的關(guān)系， 可以用左手定則來判定：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把 手放入

3、磁場中，讓磁感線垂直穿入手心， 并使伸開的四指指向電流的方向，那么大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向教師講述在日常生產(chǎn)生活以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，處處都用到一種測量電流強(qiáng)弱和方向的儀表一一電流表.這節(jié)課我們就一起研究電流表的工作原理二、新課教學(xué)1. 電流表的組成及磁場分布請同學(xué)們閱讀課文，然后回答 .電流表主要由哪幾部分組成的？數(shù)分鐘后，教師出示實(shí)物投影 學(xué)生答電流表由永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤等六部分組成電流表的組成：永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤實(shí)物投影課本圖16-21 :問題電流表中磁場分布有何特點(diǎn)呢？教師講解電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布

4、的問題什么是均勻輻向分布呢？教師進(jìn)一步講解所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心， 不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度該磁場并非勻強(qiáng)磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的問題假如線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵和鐵芯之間的兩個(gè)邊所經(jīng)過的位置其磁場強(qiáng)弱怎樣？學(xué)生思考后回答假如線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，磁極和鐵芯之間的兩個(gè)邊所經(jīng)過的位置其磁場強(qiáng)弱b|i icfc-,.pr Bali id01 /0是相同的2線框在勻強(qiáng)磁場中的磁力矩投影片出示例題如圖所示，單匝矩形線圈的邊長分別為ab=cd=Li,bc=ad=L2,它可以繞對稱軸 00轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的電流強(qiáng)度為I，線圈

5、處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)線圈平面與磁場平行時(shí)，求線 圈所受的安培力的總力矩解析：線圈平面與磁場平行時(shí)，所受力如圖所示，兩邊安 培力的大小為F = BILj，這一對力偶的力偶臂為 L2，所受安培力 的總力矩 MuBILjLzuBIS.教師在此基礎(chǔ)上又提問兩個(gè)問題：問題1 在上題的基礎(chǔ)上，如果是 n匝線圈，則線圈所受安培力的力矩為多大?學(xué)生答如果是 n匝線圈，則線圈所受安培力的力矩為M=nBIS.f F問題2如果是n匝線圈, 所受安培力的力矩又為多大？一個(gè)學(xué)生上黑板解答如下當(dāng)線圈平面與磁場方向成 0當(dāng)線圈平面與磁場方向成0角時(shí)，角時(shí)，ab、cd邊受力情況如圖所線圈a(b)d(c)FF& d

6、(c)Ba(b)F示.若為n匝線圈，ab、cd邊受的安培力仍為平面與B平行時(shí)的大小，但這一對力的力偶臂變?yōu)長2COS0，則線圈所受安培力的力矩為 M=nBIS cos 0 說明：在勻強(qiáng)磁場，轉(zhuǎn)軸00丄B的條件下，M與轉(zhuǎn)軸的位置及線圈的形狀無關(guān)當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，0 = 0,磁力矩最大；當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時(shí)，0 = 90，磁力矩為零投影片出示例題如圖所示，一正三角形線圈，放在勻強(qiáng)磁場中，磁場與線圈平面平行，設(shè)1=5 A,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=10 T,三角形邊長 L=30 cm 求線圈所受磁力矩的大小及轉(zhuǎn)動(dòng)方向（電流方向?yàn)閍cba）解答一因?yàn)樵趧驈?qiáng)磁場中，在轉(zhuǎn)軸 00 和B相垂直的 條件下，M

7、與轉(zhuǎn)軸的位置和線圈的形狀無關(guān).所以M = BIS=10 T X 51A x X 03 mX 03 m X sin60=0.2 N m.2ac根據(jù)左手定則ab邊受的安培力方向垂直于ab邊向下，ac邊受的安培力方向垂直于邊向上，所以線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)椋簭纳贤驴礊轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)解答二bc邊不受安培力；ab、ac受力等大反向，可認(rèn)為安培力作用在它們的中點(diǎn), 磁力矩為M=2F L sin30 F = BILcos302由以上二式求出 M=0.2 N m,從上往下看轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向3電流表的工作原理實(shí)物投影課本圖1621教師結(jié)合圖進(jìn)行講解0上，固定在轉(zhuǎn)軸上的指針也轉(zhuǎn)如圖，矩形線框兩條邊所受安培力大小相等，

8、方向 相反，大小為F=BIL，但兩力不在一條直線上，兩個(gè)力 形成一對力偶，設(shè)兩力間距為d,則安培力矩 M = F d=BIL d=BIS（其中S為線圈面積）.由于線圈由n 匝串聯(lián)而成，所以線框所受力矩應(yīng)為 MNBIs,電流表 內(nèi)的彈簧產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈偏轉(zhuǎn)的力矩，已知彈簧產(chǎn)生 的彈性力矩M2與指針的偏轉(zhuǎn)角度0成正比，即M2=kB , （其中k由彈簧決定）當(dāng) M!=M2時(shí)，線圈就停在某一偏角過同樣的偏角0，并指示刻度盤上的某一刻度，從刻度的指示數(shù)就可以測得電流強(qiáng)度由 Mi=M2可得 NBIS=k0 , 0 =-NBS Ik從公式中可以看出：（1） 對于同一電流表 N、B、S和k為不變量，所以0 x

9、I,可見0與| 對應(yīng)，從而 用指針的偏角來測量電流強(qiáng)度I的值；（2）因0 xI, 0隨|的變化是線性的，所以表盤的刻度是均勻的問題對比F=kx，你能說出M =k 0中k的決定因素及意義嗎？學(xué)生答M =k0中k決定于彈簧的材料，金屬絲的粗細(xì)、形狀、螺旋半徑等；由k=M / 0知k的物理意義為彈簧扭轉(zhuǎn)單位角度所產(chǎn)生的力矩 .讓同學(xué)們閱讀課文，回答以下兩個(gè)問題.投影片出示問題1. 為什么電流表可測出電流的強(qiáng)弱和方向？2. 磁電式儀表的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？學(xué)生答磁場對電流的作用力和電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力產(chǎn)生的力矩也越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測

10、電流的強(qiáng)弱.當(dāng)線圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨 著改變，所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向?qū)W生答磁電式儀表的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測出很弱的電流； 缺點(diǎn)是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱（幾十微安到幾毫安）.如果通過的電流超過允許值，很容易把它燒壞.三、鞏固練習(xí)投影片出示練習(xí)題1. 復(fù)述電流表中磁場的分布特點(diǎn) .2. 對電流表的指針，在什么情況下靜止在某刻度？學(xué)生答1. 電流表中磁場是均勻地輻向分布的，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行.2. 當(dāng)安培力矩 M和螺旋彈簧產(chǎn)生的力矩 M 相平衡時(shí)，線框連同指針達(dá)到平衡，靜止在某一刻度.

11、3如圖所示，勻強(qiáng)磁場中有一通以方向如圖的恒定電流的矩形 線圈abed,可繞中心軸 00,轉(zhuǎn)動(dòng)，則在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中：（CD）A . ad和be兩邊始終不受安培力作用B. ab和ed兩邊受到的安培力的大小和方向在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不斷變化C. ab和ed兩邊受到的安培力的大小和方向在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終不變D. 線圈所受的安培力在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中合力始終為零4. 如圖所示，一位于xy平面內(nèi)的矩形通電線框只能繞 線圈的4個(gè)邊分別與x、y軸平行，線圈中電流方向如圖, 如下所述的哪種磁場線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來 .(B)A. 方向沿x軸的恒定磁場B. 方向沿y軸的恒定磁場C. 方向沿z軸的恒定磁場5. U形金屬框的質(zhì)量為 m，每邊長為a

12、,可繞AC軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如果空間有一勻強(qiáng)磁場， 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B ,方向豎直向下，當(dāng)框中通以電流 夾角0 .分析與解：線框在重力和磁力矩的作用下平衡時(shí)，21mg Lsin32I時(shí)，求平衡后U形框平面與豎直方向的由力矩的平衡條件得:M F=M G1即：BIL Leos 0 = mg- Lsin 0 +3則：tan 0 =2mg四、小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們學(xué)到了以下知識(shí):(從左向右看到的側(cè)視圖)D. 方向沿x軸的反方向的恒定磁場1.磁場對通電線圈的作用一一磁力矩.(1) 磁場與通電線圈平行時(shí)，磁力矩最大，Mm=NBIS,這里N、S分別為線圈的匝數(shù)和 面積.(2) 當(dāng)磁場與通電線圈垂直時(shí)M=0.(3) 磁場與通電線圈的平面成0角時(shí)，磁力矩 M=NBIS cos0 .注意：磁力矩的公式與線圈的形狀無關(guān).2. 電流表(1)結(jié)構(gòu) (2)磁場分布特點(diǎn)(3) 工作原理(4)優(yōu)缺點(diǎn)五、板書設(shè)計(jì)1.磁場對通電導(dǎo)線的作用一一磁力矩.(1)磁場與通電導(dǎo)線平行時(shí)，磁力距最大.M m