电流表的工作原理

三、电流的工作原理 【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/=kθ (式中K为比例系数，有螺旋弹簧本身决定， θ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θ=nBIS/K∝I,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所示的磁电式电流表，已知线圈匝数1000匝，线圈面积11.7×11.5mm2,前后两根螺旋弹簧的总扭转系数为2.8×10-6Nm/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（900）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： 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。 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 ① 当电流反向后的平衡方程为 ② ③ 整理得 ④ 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。 【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。 【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b的电流I后，棒离开原位置使悬丝向右偏离竖直方向α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 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。 三、电流表的工作原理 1．C 2．ACD 3．BC 4．CD 5．2.0×10-7Nm 3.8×10-7Nm/rad 6．竖直向上 mgtgα/IL 图15-3-1 � EMBED PBrush ��� 图15-3-2 � EMBED PBrush ��� 图15-3-5 图15-3-7 � EMBED PBrush ��� 图15-3-8 � EMBED PBrush ��� 图15-3-6 � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� 图15-3-4 � EMBED PBrush ��� 图15-3-3 � EMBED PBrush ��� _1103522474.unknown _1103532478.unknown _1103532491.unknown _1103522501.unknown _1103522259.unknown _1103522345.unknown _1103522432.unknown _1103522313.unknown _1103520148.unknown _1103522073.unknown _1103520076.unknown _983218227.unknown