1、三、电流表的工作原理【要点导学】1、通过本节学习应知道电流表的基本构造、知道电流表测电流大小和方向的基本原理2、电流表的构造：结构图如图 15-3-1 所示.在一个很强的碲形磁铁的两极间有一个固定的_，其外面套有一个可以绕轴转动的_，其上绕有_，转轴上装有两个_和一个指针，线圈的两端分别接在两个螺旋弹簧上，被测电流经两个螺旋弹簧流入线圈. 3电流表工作原理：软铁被磁化后，圆柱体铁芯和蹄形磁铁之间形成了辐射形分布的磁场，辐射形磁场区域中各点的磁感应强度大小是相等的，但是方向不同，因此它不是匀强磁场 如图 15-3-2 所示， 不管通电线圈转道什么角度，磁感线始终与线圈平面是平行的，所以磁力矩的大
2、小等于_.螺旋弹簧的弹力矩与磁力矩方向是相反的，大小等于 M/=k (式中 K 为比例系数，有螺旋弹簧本身决定， 为线圈平面转过的角度，也是电流计指针转过的角度)，当两个力矩达到平衡时，指针指在一定的角度上 =nBIS/KI,可知电流计的刻度是_分布的.单位电流引起的转动角度称为电流计的灵敏度，灵敏度是衡量电流计的一个重要指标，由上式可知电流计的灵敏度表达式为_.【范例精析】例 1、电流表中碲形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的，当线圈中通入恒定电流时，线圈将发生转动，电流表的指针也随着偏转，最后停在某一偏转角位置上，则在偏转过程中随着偏转角的增大【 】A线圈受到的安培力的力矩将逐渐增大B线
3、圈受到的安培力的力矩将逐渐减小C线圈受到安培力的力矩不变D电流表中螺旋弹簧所产生阻碍线圈转动的力矩将逐渐增大解析： 当线圈中通入恒定电流时，由于辐射形磁场的缘故，无论线圈转过多少角度，线圈平面始终与磁感线平行，故磁力矩的大小保持不变；螺旋弹簧的扭转力矩与螺图 15-3-1图 15-3-2旋程度有关，在弹性限度内，其大小与转过的角度成正比，所以电流表中螺旋弹簧所产生阻碍线圈转动的力矩将逐渐增大,本题的正确答案是 CD。拓展： 本题中的弹簧是螺旋弹簧螺，其形变形式是收紧或放松，类似于机械手表中的发条。辐向磁场的特点决定了线圈受到的磁力矩与线圈转过角度无关。例 2、 如图 15-3-3 所示的磁电式
4、电流表，已知线圈匝数 1000 匝，线圈面积11.711.5mm2,前后两根螺旋弹簧的总扭转系数为 2.810-6Nm/900,磁极与铁芯间气隙中的磁感应强度为 0.16T,求线圈作满偏转（90 0）时通过线圈的电流强度（满偏电流）有多大。解析：当磁力矩与扭转力矩平衡时，线圈转过一个角度后处理静止状态，根据力矩平衡得： kNBISmAmTNBSkI 130.30.1)5.17(6.0190/82 4263 拓展：磁电式电流表满偏电流一般都是很小的，正是由于这个原因，在测量以安培为单位的电流强度时，必须进行电表的改装（见直流电中的电表改装） ，使用灵敏电流计时必须注意流过灵敏电流计的电流不能超过
5、其满偏电流，否则可能烧毁电流计。 例 3、如图 15-3-4 所示为电流天平的示意图，左端悬挂一矩形线圈，导线框用绝缘导线绕制，工 n 匝，宽度为 L，其中通有逆时针方向的电流，每匝中的电流强度为 I，导线框下半部处于一线框平面垂直的匀强磁场中，在右盘中放入砝码，天平恰好平衡，当电流反向而电流强度不变时，要维持天平仍然平衡，需要在右盘中加入质量为的砝码，求磁感应强度的大小。m解析：天平是利用力矩平衡原理工作的，电流天平的两臂是对称的，当天平平衡时，左右两根绳子中的拉力矩平衡。设线框质量为 ，右盘第一次放的砝码质量为 ，则第一次的平衡为0 1m 当电流反向后的平衡方程为gLFg10)( mm)(
6、nBILF整理得 nIB2拓展：电流天平测为测定匀强磁场的磁感应强度提供了一种有效的方法，有关电流天平的知识可以参考后面的参考资料。图 15-3-3图 15-3-4【能力训练】1一只电压表，读数偏低，为纠正这一偏差，可以采取的措施是【 】(A)减少表头线圈的匝数(B)增大表内的串联电阻(C)增强表头的永久磁铁的磁性(D)转紧表内的螺旋弹簧2 如图 15-3-5 所示，一矩形通电线框 abcd，可绕其中一轴 OO转动，线框处在如图与 OO垂直的匀强磁场中，在磁场作用下，线框开始转动，关于线框受磁场作用的情况，下述说法中正确的是【 】(A)线框从图示位置转动 90的过程中，ad、bc 两边所受磁场
7、力逐渐增大(B)线框从图示位置转动 90的过程中，ab、cd 两边所受磁场力逐渐减小(C)线框从图示位置转动 90的过程中，ab、cd 两边所受磁力矩逐渐减小(D)线框静止在平衡位置时，四边均受指向线框外部的磁场力，合力为零3关于磁电式电流表的说法正确的是(A)电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用(B)电流表的工作原理是安培力对通电线圈的转动作用(C)电流表的指针偏转角与通入的电流强度成正比(D)电流表的指针偏转角于通入的电流强度成反比4电流表中碲性形磁铁和铁芯间的磁场是辐向分布的，当线圈中通入恒定电流时，线圈将发生转动，电流表的指针也随着偏转，最后停在某一位置上，则在偏转过程中随着偏
8、转角的增大【 】(A)线圈受到的安培力的力矩将增大(B)线圈受到的安培力的力矩将减小(C)线圈所受安培力的力矩不变(D)电流表中螺旋弹簧所产生的阻碍线圈转动的力矩将逐渐增大5一磁电式电流表线圈长 a=2.0cm，宽 b=1.0cm，匝数 n=50 匝，磁极间是一辐向磁场，线圈所在处的磁感应强度 B=0.20T，当通入电流 I=0.10A 时，偏转角为 300。求：（1）作用在线圈上的安培力的力矩；（2）螺旋弹簧的扭转系数 k。图 15-3-5【素质提高】6质量为 m、长度为 的水平金属棒 ab 通过两根细金属丝悬l挂于绝缘架 MN 下，整个装置处于竖直方向的均强磁场中.当金属棒通以由 a 向
9、b 的电流 I 后，棒离开原位置使悬丝向右偏离竖直方向 角而平衡，如图 15-3-6 则匀强磁场的磁感应强度的方向为 ，大小为 .阅读材料：电流天平应用通电导线在磁场中受力的原理，可以制成灵敏的电流天平。用电流天平可以测出通电导线在匀强磁场中受力大小，从而求出磁感应强度。整个装置如图 15-3-7 甲所示，它的横臂（图15-3-7 乙）能绕通过点 和O的轴自由转动。轴的左右两侧臂长相等。在轴的一侧，沿着横臂的边沿固定一条 U 形绝缘导线，这样在天平的一端就有了一段短直线 CD，它的长度是 L。天平的另一端可以悬砝码或金属丝等轻小物体。调整天平使它平衡，把有 U 形导线的一端放入待测的磁场中，如图 15-3-8 所示，然后给 U 形导线通电，如果磁场方向和 U 形导*线中的电流方向如图所示， CD 段导线就受到一个向下的安培力，天平因而倾斜，在天平的另一端加上适当的砝码，使天平恢复平衡，设待测的磁感应强度是 B，U 形导线中通过的电流强度为 I，砝码的质量为m，我们就有 BIL=mg，由此可求出待测的磁感应强度为 B=mg/IL。图 15-3-6图 15-3-7图 15-3-8三、电流表的工作原理1C 2ACD 3BC 4CD 52.010 -7Nm 3.810-7Nm/rad 6竖直向上 mgtg/IL
