【2017年整理】三、电流表的工作原理.doc

第三节 电流表的工作原理 （例题可更根据自己所带班级具体情况进行选择、变更或添加） 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 教学过程 一、复习提问，引入新课 ［提问］什么是安培力？ 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？ 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？ 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. 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？ 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. ［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？ 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？ 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. ［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. 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？ 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？ 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. ［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. 3.电流表的工作原理 ［老师结合课本图进行讲解］ 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