1、第三節(jié)電流表的工作原理教學目標：1知道電流表的構造2知道電流表的內(nèi)部磁場的分布特點3. 能準確判定線圈各邊所受磁場力的方向4會推導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 教學重點：1電流表的構造及表內(nèi)的磁場分布特點2.通電線圈所受安培力矩的計算 教學難點：1. 表內(nèi)的磁場分布特點2電流表的刻度為什么是均勻的 教學方法：閱讀法、講授法、分析推理法教學用具：演示電流表、投影儀、投影片、實物投影儀教學過程一、復習提問，弓I入新課提問什么磁感應強度？它的物理意義和性質各是什么？學生答在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的安培力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫磁感應強度，即 B=

2、匚.磁感應強度是矢量，把某點的磁場方向定義IL為該點的磁感應強度的方向磁感應強度B是表示磁場強弱和方向的物理量.磁感應強度由磁場本身決定，即由產(chǎn)生磁場的電流大小、分布和點的位置決定，與檢驗電流無關提問什么是安培力？學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算？學生答在勻強磁場中，在通電直導線和磁場方向垂直的情況下，電流所受的安培力F等于磁場感應強度 B,電流I和導線長度L三者的乘積，即 F=BIL提問安培力的方向如何判斷？學生答通電直導線所受安培力的方向和磁場方向、電流方向之間的關系， 可以用左手定則來判定：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(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)生活以及科學實驗中，處處都用到一種測量電流強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1. 電流表的組成及磁場分布請同學們閱讀課文，然后回答 .電流表主要由哪幾部分組成的？數(shù)分鐘后，教師出示實物投影 學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、刻度盤實物投影課本圖16-21 :問題電流表中磁場分布有何特點呢？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磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應強度B的大小是相等的問題假如線圈轉動，磁鐵和鐵芯之間的兩個邊所經(jīng)過的位置其磁場強弱怎樣？學生思考后回答假如線圈轉動，磁極和鐵芯之間的兩個邊所經(jīng)過的位置其磁場強弱b|i icfc-,.pr Bali id01 /0是相同的2線框在勻強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轉動，線圈中的電流強度為I，線圈

5、處于磁感應強度B的勻強磁場中，當線圈平面與磁場平行時，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，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.教師在此基礎上又提問兩個問題：問題1 在上題的基礎上，如果是 n匝線圈，則線圈所受安培力的力矩為多大?學生答如果是 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？一個學生上黑板解答如下當線圈平面與磁場方向成 0當線圈平面與磁場方向成0角時，角時，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：在勻強磁場，轉軸00丄B的條件下，M與轉軸的位置及線圈的形狀無關當線圈平面與磁感線平行時，0 = 0,磁力矩最大；當線圈平面與磁感線垂直時，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，放在勻強磁場中，磁場與線圈平面平行，設1=5 A,磁感應強度B=10 T,三角形邊長 L=30 cm 求線圈所受磁力矩的大小及轉動方向（電流方向為acba）解答一因為在勻強磁場中，在轉軸 00 和B相垂直的 條件下，M

7、與轉軸的位置和線圈的形狀無關.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，所以線圈的轉動方向為：從上往下看為順時針轉動解答二bc邊不受安培力；ab、ac受力等大反向，可認為安培力作用在它們的中點, 磁力矩為M=2F L sin30 F = BILcos302由以上二式求出 M=0.2 N m,從上往下看轉動方向為順時針方向3電流表的工作原理實物投影課本圖1621教師結合圖進行講解0上，固定在轉軸上的指針也轉如圖，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，兩個力 形成一對力偶，設兩力間距為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為 MNBIs,電流表 內(nèi)的彈簧產(chǎn)生一個阻礙線圈偏轉的力矩，已知彈簧產(chǎn)生 的彈性力矩M2與指針的偏轉角度0成正比，即M2=kB , （其中k由彈簧決定）當 M!=M2時，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，從而 用指針的偏角來測量電流強度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？學生答M =k0中k決定于彈簧的材料，金屬絲的粗細、形狀、螺旋半徑等；由k=M / 0知k的物理意義為彈簧扭轉單位角度所產(chǎn)生的力矩 .讓同學們閱讀課文，回答以下兩個問題.投影片出示問題1. 為什么電流表可測出電流的強弱和方向？2. 磁電式儀表的優(yōu)缺點是什么？學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，線圈和指針偏轉的角度也越大，因此，根據(jù)指針偏轉角度的大小，可以知道被測

10、電流的強弱.當線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉方向也隨 著改變，所以，根據(jù)指針的偏轉方向，可以知道被測電流的方向學生答磁電式儀表的優(yōu)點是靈敏度高，可以測出很弱的電流； 缺點是繞制線圈的導線很細，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、鞏固練習投影片出示練習題1. 復述電流表中磁場的分布特點 .2. 對電流表的指針，在什么情況下靜止在某刻度？學生答1. 電流表中磁場是均勻地輻向分布的，不管通電線圈轉到什么角度，它的平面都跟磁感線平行.2. 當安培力矩 M和螺旋彈簧產(chǎn)生的力矩 M 相平衡時，線框連同指針達到平衡，靜止在某一刻度.

11、3如圖所示，勻強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,轉動，則在轉動過程中：（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動過程中不斷變化C. ab和ed兩邊受到的安培力的大小和方向在轉動過程中始終不變D. 線圈所受的安培力在轉動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轉動起來 .(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形金屬框的質量為 m，每邊長為a

12、,可繞AC軸轉動，如果空間有一勻強磁場， 磁感應強度為B ,方向豎直向下，當框中通以電流 夾角0 .分析與解：線框在重力和磁力矩的作用下平衡時，21mg Lsin32I時，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、小結通過本節(jié)課的學習，我們學到了以下知識:(從左向右看到的側視圖)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，磁力矩最大，Mm=NBIS,這里N、S分別為線圈的匝數(shù)和 面積.(2) 當磁場與通電線圈垂直時M=0.(3) 磁場與通電線圈的平面成0角時，磁力矩 M=NBIS cos0 .注意：磁力矩的公式與線圈的形狀無關.2. 電流表(1)結構 (2)磁場分布特點(3) 工作原理(4)優(yōu)缺點五、板書設計1.磁場對通電導線的作用一一磁力矩.(1)磁場與通電導線平行時，磁力距最大.M m