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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(xué)目標：一、知識目標1、知道電流表的構(gòu)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(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.二、能力目標1、通過學(xué)習(xí)電流表的原理，學(xué)會將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際問題中，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力2、培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力.三、德育目標培養(yǎng)學(xué)生形成積極思維，善于推理的思維品質(zhì).教學(xué)重點1.電流表的構(gòu)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(xué)難點1.表內(nèi)的磁場分布特點.2.安培力的力矩與彈簧的扭轉(zhuǎn)力矩平衡教 學(xué) 過 程教學(xué)設(shè)計設(shè)計意圖復(fù)習(xí)提

2、問，引入新課提問什么是安培力？學(xué)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(xué)生答在勻強磁場中，在通電直導(dǎo)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(yīng)強度B，電流I和導(dǎo)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(xué)生答通電直導(dǎo)線所受安培力的方向和磁場方向、電流方向之間的關(guān)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(nèi)，把手放入磁場中，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(dǎo)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(xué)實驗中，處處都用到一種測量電流強弱和方向

3、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(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，教師出示實物投影并課件演示。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(nèi)置軟鐵是為了（和鐵芯一起）造就輻向磁場；c、觀察鐵芯轉(zhuǎn)動時螺旋彈簧會形變。復(fù)習(xí)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

4、.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(yīng)強度B的大小是相等的.問題假如線圈轉(zhuǎn)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(xué)生思考后回答假如線圈轉(zhuǎn)動，磁極和鐵芯之間的兩個邊所經(jīng)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(zhuǎn)動，線圈中的電流強度為I，線圈處于磁感應(yīng)強度B的勻強磁場

5、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(chǔ)上又提問兩個問題：問題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.問題2如果是n匝線圈，當線圈平面與磁場方向成角時，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(xué)生上黑板解答如下當線圈平面與磁場方向成角時，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平行時的大小，但這

6、一對力的力偶臂變?yōu)長2cos，則線圈所受安培力的力矩為M=nBIScos.說明：在勻強磁場轉(zhuǎn)軸OOB的條件下，M與轉(zhuǎn)軸的位置及線圈的形狀無關(guān).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(shè)I=5 A,磁感應(yīng)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(zhuǎn)動方向.（電流方向為acba）解答一因為在勻強磁場中，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關(guān).所以M=BIS=1.0 T5 A0.3 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

7、的轉(zhuǎn)動方向為：從上往下看為順時針轉(zhuǎn)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=2Fsin30 F=BILcos30由以上二式求出M=0.2 Nm從上往下看轉(zhuǎn)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1521教師結(jié)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(shè)兩力間距為d，則安培力矩M=Fd=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(yīng)為M1=NBIS,電流表內(nèi)的彈簧產(chǎn)生一個阻礙線圈偏轉(zhuǎn)的力矩，已知彈簧產(chǎn)生的彈性力矩M2

8、與指針的偏轉(zhuǎn)角度成正比，即M2=k，（其中k由彈簧決定）當M1=M2時，線圈就停在某一偏角上，固定在轉(zhuǎn)軸上的指針也轉(zhuǎn)過同樣的偏角，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=k，=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I,可見與I一一對應(yīng)，從而用指針的偏角來測量電流強度I的值；（2）因I,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=k中k的決定因素及意義嗎？學(xué)生答M=k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/知k的物理意義為彈簧扭轉(zhuǎn)單位角度所產(chǎn)生的力矩.3、電流表的特點

9、通過對電流表工作原理的學(xué)習(xí)，我們還可以對電流表的特點進行一些總結(jié)A、刻度均勻B、存在滿偏電流、固定的內(nèi)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(xué)生討論C、示數(shù)太大或太小時，讀數(shù)不是很準確讓同學(xué)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(xué)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(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(zhuǎn)方向也隨著改變，所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向.學(xué)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(dǎo)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(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電流表的構(gòu)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(nèi)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(guān)系就行了。特點和構(gòu)造則是不能含糊的，因為在今后的實驗題中，我們還會經(jīng)常照應(yīng)到它們。電流表的特點小結(jié)