第三节电流表的工作原理。
教学目标。一、知识目标。
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。
二、能力目标。
1.培养学生的阅读能力、概括能力。
2.培养学生的分析推理能力。
三、德育目标。
培养学生形成积极思维，善于推理的思维品质。
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。
课时安排。1课时。
教学过程。用投影片出示本节课的学习目标：
1.知道电流表的构造。
2.知道电流表内部磁场的分布特点。
3.能用左手定则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。
学习目标完成过程。
一、复习提问，引入新课。
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：伸开右手，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。
投影片出示板书］
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。
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=l1,bc=ad=l2,它可以绕对称轴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=bil1，这一对力偶的力偶臂为l2，所受安培力的总力矩m=bil1l2=bis.
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.
问题2］如果是n匝线圈，当线圈平面与磁场方向成α角时，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α角时，ab、cd边受力情况如图所示。若为n匝线圈，ab、cd边受的安培力仍为平面与β平行时的大小，但这一对力的力偶臂变为l2cosα，则线圈所受安培力的力矩为m=nbiscosα.
说明：在①匀强磁场②转轴oo′⊥b的条件下，m与转轴的位置及线圈的形状无关。
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i=5 a,磁感应强度b=1.0 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×5 a××0.
3 m×0.3 m×sin60°=0.2 n·m.
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··sin30° f=bilcos30°
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。
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，已知弹簧产生的弹性力矩m2与指针的偏转角度θ成正比，即m2=kθ，（其中k由弹簧决定）当m1=m2时，线圈就停在某一偏角θ上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角θ，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=kθ，θi
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θ∝i,可见θ与i一一对应，从而用指针的偏角来测量电流强度i的值；
2）因θ∝i,θ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′=kθ中k的决定因素及意义吗？
学生答］m=kθ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′/θ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。
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。
三、小结。通过本节课的学习，我们学到了以下知识：
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，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θ角时，磁力矩m=nbiscosθ.
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。
四、作业。1.阅读本节课文。
2.习题a组（5） b组（1）
3.预习：磁场对运动电荷的作用。
五、板书设计。
1.磁场对通电导线的作用——磁力矩。
1)磁场与通电导线平行时，磁力距最大。
mmax=nbis.
2)磁场与通电线圈平面成θ角时m=nbiscosθ.
3)当磁场与通电线圈垂直时m=0.
注意：磁力矩的公式与线圈的形状无关。
2.电流表。
1）结构：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘。
2）磁场分布特点：电流表的磁场分布是均匀地辐向分布的。
3）工作原理：指针转过的角度与所通过的电流强度成正比→电流表的刻度是均匀的。
4）优缺点。
六、本节优化训练设计。
1.如图所示，线圈ab、cd的边长分别为l1、l2，通以电流i，初始线圈平面与匀强磁场b的磁感线平行，当线圈绕oo′轴转过θ角时___
a.线圈的ab边所受安培力的大小为bil1cosθ
b.线圈ab边所受安培力的大小为bil1
c.线圈所受的磁力矩为bil1l2cosθ
d.线圈所受的磁力矩为bil1l2
2.一矩形线圈通电框abcd，可绕其中心轴oo′转动，它处在与oo′垂直的匀强磁场中，如图所示，在磁场作用下开始转动，后静止在平衡位置，则平衡后___
a.线框都不受磁场力的作用。
b.线框四边受到指向线框外部的磁场作用力，但合力为零。
c.线框四边受到指向线框内部的磁场作用力，但合力为零。
d.线框的一对边受到指向线框外部的磁场作用力，另一对边受到指向线框内部磁场作用力，但合力为零。
3.通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线mn在同一平面内，电流的方向如图所示，ab边与mn平行，关于mn的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是。
a.线框有两条边所受的安培力方向相同。
b.线框有两条边所受的安培力大小相等。
c.线框所受安培力的合力朝左。
所受安培力对ab边的力矩不为零。
4.如图所示，在光滑水平桌面上，有两根弯成直角的相同金属棒，它们的一端均可绕固定转动轴o自由转动，另一端b互相接触，组成一个正方形线框，正方形每边长度均为l，匀强磁场的方向垂直桌面向下，当线框中通以图示方向的电流时，两金属棒在b点的相互作用力为f,则此时磁感应强度大小为___不计电流产生的磁场）
5.如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为l，共n匝，线圈的下部悬挂在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流i（方向如图）时，在天平两边加上质量为m1、m2的砝码，天平平衡，当电流反向大小不变时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，由此可知___
24用电流表测电流
24.实验 用电流表测电流。1 在用电流表测 电流 的实验中，某同学用图4中的接法来测灯泡的电流。1 该图测得的是b灯的电流，其中电流表的连接有什么错误。2 现要测通过a灯的电流，只允许变动原图中一根导线的一个端点的接线柱位置，请在图中用虚线画出。3 在第二问已改动的基础上，若要测量通过a b两灯的...
15 3 电流表工作原理
电流表的工作原理。一 教学目标。1 知道电流表的基本构造 2 知道电流表测电流大小和方向的基本原理 2 了解电流表的基本特点。二 难点重点。1 电流表的工作原理 2 安培力的力矩与弹簧的扭转力矩平衡 三 教学过程 一 引入新课 本节讲述电流表的工作原理，是根据磁场对电流作用力的一个具体应用，请问 1...
电压继电器与电流继电器的工作原理
电压继电器是并联在电源上使用的，类似于电压表。电压继电器可以设置不同的动作电压 简单地说就是有电吸合 无电释放 常见的继电器都属于电压继电器一类的。电流继电器是串联在电路中使用的，继电器线圈本身内阻极低，不致影响电路的状态，当电路中通过大电流时动作，同样可以整定某个电流为动作电流值，常用作电力系统的...