1、高二物理電流表的工作原理二教學(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(chǎng)的分布特點(diǎn).3.能準(zhǔn)確判定線圈各邊所受磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(guò)程一、復(fù)習(xí)提問(wèn)，引入新課提問(wèn)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(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值叫磁

2、感應(yīng)強(qiáng)度，即.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，把某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向定義為該點(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(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量.磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定，即由產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流大小、分布和點(diǎn)的位置決定，與檢驗(yàn)電流無(wú)關(guān).提問(wèn)什么是安培力？學(xué)生答磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力叫安培力.提問(wèn)安培力的大小如何計(jì)算？學(xué)生答在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直的情況下，電流所受的安培力F等于磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B，電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L三者的乘積，即F=BIL.提問(wèn)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(chǎng)方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來(lái)判定：伸開(kāi)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

3、手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開(kāi)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(chǎng)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(cè)量電流強(qiáng)弱和方向的儀表電流表.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(chǎng)分布請(qǐng)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(pán)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(pán).實(shí)物投影課本圖16-21問(wèn)題電流表中磁場(chǎng)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(wèn)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(shuō)所有磁感線的延長(zhǎng)線都通過(guò)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(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(wèn)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(guò)的位置其磁場(chǎng)強(qiáng)弱怎樣？abcdO/OB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(guò)的位置其磁場(chǎng)強(qiáng)弱是相同的.2.線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(zhǎng)分別為ab=cd=L1,bc=ad=L2,它可以繞對(duì)稱(chēng)軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的電流強(qiáng)度為I，線圈處于Fa(b)Fd(c)B磁

5、感應(yīng)強(qiáng)度B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)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(chǎng)平行時(shí)，所受力如圖所示，兩邊安培力的大小為F=BIL1，這一對(duì)力偶的力偶臂為L(zhǎng)2，所受安培力的總力矩M=BIL1L2=BIS.教師在此基礎(chǔ)上又提問(wèn)兩個(gè)問(wèn)題：Fa(b)Fd(c)B問(wèn)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.問(wèn)題2如果是n匝線圈，當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向成角時(shí)，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(chǎng)方向成角時(shí)，ab、cd邊受力情況如圖所示.若為n匝線圈，ab、cd邊受的安培力仍

6、為平面與B平行時(shí)的大Fa(b)Fd(c)B小，但這一對(duì)力的力偶臂變?yōu)長(zhǎng)2cos，則線圈所受安培力的力矩為M=nBIScos.說(shuō)明：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)軸OOB的條件下，M與轉(zhuǎn)軸的位置及線圈的形狀無(wú)關(guān).當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，00，磁力矩最大；當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時(shí)，900，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(chǎng)中，磁場(chǎng)與線圈平面平行，設(shè)I=5 A,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T，三角形邊長(zhǎng)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(chǎng)中，在轉(zhuǎn)軸OO和B相垂直的條件下，M與轉(zhuǎn)軸的位置和線圈的形狀無(wú)關(guān).所以M=BIS=1.0 T5 A

7、0.3 m0.3 msin60=0.2 Nm.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ac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=2Fsin30 F=BILcos30由以上二式求出M=0.2 Nm，從上往下看轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?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)行講解如圖，矩形線框兩條邊所受安培力大小相等，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(duì)力偶，設(shè)兩力間距為d，則安培力矩M=Fd=BIL d=BIS(其中

8、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M1=NBIS,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)角度成正比，即M2=k，（其中k由彈簧決定）當(dāng)M1=M2時(shí)，線圈就停在某一偏角上，固定在轉(zhuǎn)軸上的指針也轉(zhuǎn)過(guò)同樣的偏角，并指示刻度盤(pán)上的某一刻度，從刻度的指示數(shù)就可以測(cè)得電流強(qiáng)度.由M1=M2可得NBIS=k，=I從公式中可以看出：（1）對(duì)于同一電流表N、B、S和k為不變量，所以I,可見(jiàn)與I一一對(duì)應(yīng)，從而用指針的偏角來(lái)測(cè)量電流強(qiáng)度I的值；（2）因I,隨I的變化是線性的，所以表盤(pán)的刻度是均勻的.問(wèn)題對(duì)比F=kx，你能說(shuō)出M=k中k的決定因素及意

9、義嗎？學(xué)生答M=k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/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(wèn)題.投影片出示問(wèn)題1.為什么電流表可測(cè)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(chǎng)對(duì)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(cè)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(cè)電流的方向.abcdO/OB學(xué)生答磁電式儀表的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出很弱

10、的電流；缺點(diǎn)是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱（幾十微安到幾毫安）.如果通過(guò)的電流超過(guò)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(chǎng)的分布特點(diǎn).2.對(duì)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(chǎng)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.3如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一通以方向如圖的恒定電流的矩形線圈abcd，可繞中心軸OO/轉(zhuǎn)動(dòng)，則在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中：（CD）Aad和bc兩邊始終不受安培力作用Bab和cd兩邊受到的安培力的大小和方向在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中

11、不斷變化Cab和cd兩邊受到的安培力的大小和方向在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終不變D線圈所受的安培力在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的4個(gè)邊分別與x、y軸平行，線圈中電流方向如圖，當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場(chǎng)線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái).(B)A.方向沿x軸的恒定磁場(chǎng)B.方向沿y軸的恒定磁場(chǎng)C.方向沿z軸的恒定磁場(chǎng)D.方向沿x軸的反方向的恒定磁場(chǎng)5U形金屬框的質(zhì)量為m，每邊長(zhǎng)為a，可繞AC軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如果空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下，當(dāng)框中通以電流I時(shí)，求平衡后U形框平面與豎直方向的夾角.分析與解：線框在重力和磁力矩的作用下平衡時(shí)，由力矩的平衡條件得：MF=MG FBmg(從左向右看到的側(cè)視圖)Dmg 即：BILLcos=mgLsin+mgLsinBACDE則：tan=四、小結(jié)通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們學(xué)到了以下知識(shí)：1.磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用磁力矩.（1）磁場(chǎng)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(chǎng)與通電線圈垂直時(shí)M=0.（3）磁場(chǎng)與通電線圈的平面成角時(shí)，磁力矩M=NBIScos.注意：磁力矩的公式與線圈的形狀無(wú)關(guān).2.電流表（1）結(jié)構(gòu) （2）磁場(chǎng)分布特點(diǎn) （3）工作原理 （4）優(yōu)缺點(diǎn)五、板書(shū)設(shè)計(jì)1.磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用磁力矩.(1)磁場(chǎng)與通電導(dǎo)線平行時(shí)，磁力距最大.Mmax