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(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.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(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.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(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(nèi)置軟鐵是為了（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：在勻強磁場轉軸OOB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1521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M1=NBI·S,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，固定在轉軸上的指針也轉過同樣的偏角，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，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單位角度所產(chǎn)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(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.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(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(jīng)常照應到它們。電流表的特點小結