2022年高二物理電流表的工作原理 人教版(I)

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1、2022年高二物理電流表的工作原理 人教版(I) 教學目標： 一、知識目標 1、知道電流表的構造. 2、知道電流表的內部磁場的分布特點. 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. 二、能力目標 1、通過學習電流表的原理，學會將所學的知識應用到實際問題中，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力 2、培養(yǎng)學生的分析推理能力. 三、德育目標 培養(yǎng)學生形成積極思維，善于推理的思維品質. 教學重點 1.電流表的構造及表內的磁場分布特點. 2.通電線圈所受安培力矩的計算. 教學難點 1.表內的磁場分布特點. 2.

2、安培力的力矩與彈簧的扭轉力矩平衡． 教 學 過 程 教學設計 設計意圖 復習提問，引入新課 ［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：伸開右手，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，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，并使

3、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——電流表.這節(jié)課我們就一起研究電流表的工作原理. §15--3 電流表的工作原理 一、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，教師出示實物投影并課件演示。 ［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. 教師提示注意點：a、鐵芯、線圈和指針是一個整體；b、蹄形磁鐵內置軟鐵

4、是為了（和鐵芯一起）造就輻向磁場；c、觀察——鐵芯轉動時螺旋彈簧會形變。 復習提問、引入新課 電流表的組成 ［實物投影課本圖15-21］ ［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

5、之間的兩個邊所經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過的位置其磁場強弱是相同的. 二、電流表的工作原理 1、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=L1,bc=ad=L2,它可以繞對稱軸OO′轉動，線圈中的電流強度為I，線圈處于磁感應強度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=BIL1，這一對力偶的力偶臂為L2，所受安培力的總力矩M=BIL1L2=BIS. 教師在此基礎上又提問

6、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. ［問題2］如果是n匝線圈，當線圈平面與磁場方向成α角時，線圈所受安培力的力矩又為多大？ 電流表的工作原理 ［一個學生上黑板解答如下］ 當線圈平面與磁場方向成α角時，ab、cd邊受力情況如圖所示.若為n匝線圈，ab、cd邊受的安培力仍為平面與β平行時的大小，但這一對力的力偶臂變?yōu)長2cosα，則線圈所

7、受安培力的力矩為M=nBIScosα. 說明： 在①勻強磁場②轉軸OO′⊥B的條件下，M與轉軸的位置及線圈的形狀無關. ［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I=5 A,磁感應強度B=1.0 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OO′和B相垂直的條件下，M與轉軸的位置和線圈的形狀無關. 所以M=BIS=1.0 T×5 A××0.3 m×0.3 m×sin60°=0.2 N·m. 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

8、直于ac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··sin30° F=BILcos30° 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. 2、電流表的工作原理 ［實物投影課本圖15—21］ ［教師結合圖進行講解］ 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

9、M1=NBI·S,電流表內的彈簧產生一個阻礙線圈偏轉的力矩，已知彈簧產生的彈性力矩M2與指針的偏轉角度θ成正比，即M2=kθ，（其中k由彈簧決定）當M1=M2時，線圈就停在某一偏角θ上，固定在轉軸上的指針也轉過同樣的偏角θ，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M1=M2可得NBIS=kθ，θ=·I 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θ∝I,可見θ與I一一對應，從而用指針的偏角來測量電流強度

10、I的值； （2）因θ∝I,θ隨I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′=kθ中k的決定因素及意義嗎？ ［學生答］M=kθ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′/θ知k的物理意義為彈簧扭轉單位角度所產生的力矩. 3、電流表的特點 通過對電流表工作原理的學習，我們還可以對電流表的特點進行一些總結 A、刻度均勻 B、存在滿偏電流、固定的內電阻 過渡：請大家對輻向磁場進行一個細致的了解，它的邊界部分還真正是輻向的嗎？ 學生討論… C、示數(shù)太大或太小時，讀數(shù)不是很準確 讓同學們閱讀課文，回答以下兩個問題. ［

11、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. 小結 本節(jié)課我們學習了電流表的構造、工作原理以及電流表的特點。對于原理的定量分析，教材沒有展示，這意味著這部分內容的要求并不是很高，大家能夠有一個印象、記住角度與電流的正比關系就行了。特點和構造則是不能含糊的，因為在今后的實驗題中，我們還會經常照應到它們。 ` 電流表的特點 小結