三、電流表的工作原理.doc

三、電流表的工作原理【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】1、通過(guò)本節(jié)學(xué)習(xí)應(yīng)知道電流表的基本構(gòu)造、知道電流表測(cè)電流大小和方向的基本原理圖15-3-12、電流表的構(gòu)造：結(jié)構(gòu)圖如圖15-3-1所示.在一個(gè)很強(qiáng)的碲形磁鐵的兩極間有一個(gè)固定的_，其外面套有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的_，其上繞有_，轉(zhuǎn)軸上裝有兩個(gè)_和一個(gè)指針，線圈的兩端分別接在兩個(gè)螺旋彈簧上，被測(cè)電流經(jīng)兩個(gè)螺旋彈簧流入線圈. 圖15-3-23電流表工作原理：軟鐵被磁化后，圓柱體鐵芯和蹄形磁鐵之間形成了輻射形分布的磁場(chǎng)，輻射形磁場(chǎng)區(qū)域中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是相等的，但是方向不同，因此它不是勻強(qiáng)磁場(chǎng) 如圖15-3-2所示， 不管通電線圈轉(zhuǎn)道什么角度，磁感線始終與線圈平面是平行的，所以磁力矩的大小等于_.螺旋彈簧的彈力矩與磁力矩方向是相反的，大小等于M/=k (式中K為比例系數(shù)，有螺旋彈簧本身決定， 為線圈平面轉(zhuǎn)過(guò)的角度，也是電流計(jì)指針轉(zhuǎn)過(guò)的角度)，當(dāng)兩個(gè)力矩達(dá)到平衡時(shí)，指針指在一定的角度上=nBIS/KI,可知電流計(jì)的刻度是_分布的.單位電流引起的轉(zhuǎn)動(dòng)角度稱為電流計(jì)的靈敏度，靈敏度是衡量電流計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，由上式可知電流計(jì)的靈敏度表達(dá)式為_(kāi).【范例精析】例1、電流表中碲形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻向分布的，當(dāng)線圈中通入恒定電流時(shí)，線圈將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，電流表的指針也隨著偏轉(zhuǎn)，最后停在某一偏轉(zhuǎn)角位置上，則在偏轉(zhuǎn)過(guò)程中隨著偏轉(zhuǎn)角的增大【 】A線圈受到的安培力的力矩將逐漸增大B線圈受到的安培力的力矩將逐漸減小C線圈受到安培力的力矩不變D電流表中螺旋彈簧所產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩將逐漸增大解析： 當(dāng)線圈中通入恒定電流時(shí)，由于輻射形磁場(chǎng)的緣故，無(wú)論線圈轉(zhuǎn)過(guò)多少角度，線圈平面始終與磁感線平行，故磁力矩的大小保持不變；螺旋彈簧的扭轉(zhuǎn)力矩與螺旋程度有關(guān)，在彈性限度內(nèi)，其大小與轉(zhuǎn)過(guò)的角度成正比，所以電流表中螺旋彈簧所產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩將逐漸增大,本題的正確答案是CD。拓展： 本題中的彈簧是螺旋彈簧螺，其形變形式是收緊或放松，類似于機(jī)械手表中的發(fā)條。輻向磁場(chǎng)的特點(diǎn)決定了線圈受到的磁力矩與線圈轉(zhuǎn)過(guò)角度無(wú)關(guān)。圖15-3-3例2、 如圖15-3-3所示的磁電式電流表，已知線圈匝數(shù)1000匝，線圈面積11.711.5mm2,前后兩根螺旋彈簧的總扭轉(zhuǎn)系數(shù)為2.810-6Nm/900,磁極與鐵芯間氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.16T,求線圈作滿偏轉(zhuǎn)（900）時(shí)通過(guò)線圈的電流強(qiáng)度（滿偏電流）有多大。解析：當(dāng)磁力矩與扭轉(zhuǎn)力矩平衡時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度后處理靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)力矩平衡得： 拓展：磁電式電流表滿偏電流一般都是很小的，正是由于這個(gè)原因，在測(cè)量以安培為單位的電流強(qiáng)度時(shí)，必須進(jìn)行電表的改裝（見(jiàn)直流電中的電表改裝），使用靈敏電流計(jì)時(shí)必須注意流過(guò)靈敏電流計(jì)的電流不能超過(guò)其滿偏電流，否則可能燒毀電流計(jì)。 圖15-3-4例3、如圖15-3-4所示為電流天平的示意圖，左端懸掛一矩形線圈，導(dǎo)線框用絕緣導(dǎo)線繞制，工n匝，寬度為L(zhǎng)，其中通有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?，每匝中的電流?qiáng)度為I，導(dǎo)線框下半部處于一線框平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在右盤(pán)中放入砝碼，天平恰好平衡，當(dāng)電流反向而電流強(qiáng)度不變時(shí)，要維持天平仍然平衡，需要在右盤(pán)中加入質(zhì)量為的砝碼，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。解析：天平是利用力矩平衡原理工作的，電流天平的兩臂是對(duì)稱的，當(dāng)天平平衡時(shí)，左右兩根繩子中的拉力矩平衡。設(shè)線框質(zhì)量為，右盤(pán)第一次放的砝碼質(zhì)量為，則第一次的平衡為 當(dāng)電流反向后的平衡方程為 整理得拓展：電流天平測(cè)為測(cè)定勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度提供了一種有效的方法，有關(guān)電流天平的知識(shí)可以參考后面的參考資料?！灸芰τ?xùn)練】 1一只電壓表，讀數(shù)偏低，為糾正這一偏差，可以采取的措施是【 】圖15-3-5(A)減少表頭線圈的匝數(shù)(B)增大表內(nèi)的串聯(lián)電阻(C)增強(qiáng)表頭的永久磁鐵的磁性(D)轉(zhuǎn)緊表內(nèi)的螺旋彈簧2 如圖15-3-5所示，一矩形通電線框abcd，可繞其中一軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)，線框處在如圖與OO垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)作用下，線框開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)于線框受磁場(chǎng)作用的情況，下述說(shuō)法中正確的是【 】(A)線框從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)90的過(guò)程中，ad、bc兩邊所受磁場(chǎng)力逐漸增大(B)線框從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)90的過(guò)程中，ab、cd兩邊所受磁場(chǎng)力逐漸減小(C)線框從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)90的過(guò)程中，ab、cd兩邊所受磁力矩逐漸減小(D)線框靜止在平衡位置時(shí)，四邊均受指向線框外部的磁場(chǎng)力，合力為零3關(guān)于磁電式電流表的說(shuō)法正確的是(A)電流表的工作原理是安培力對(duì)通電導(dǎo)線的加速作用(B)電流表的工作原理是安培力對(duì)通電線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)作用(C)電流表的指針偏轉(zhuǎn)角與通入的電流強(qiáng)度成正比(D)電流表的指針偏轉(zhuǎn)角于通入的電流強(qiáng)度成反比4電流表中碲性形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是輻向分布的，當(dāng)線圈中通入恒定電流時(shí)，線圈將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，電流表的指針也隨著偏轉(zhuǎn)，最后停在某一位置上，則在偏轉(zhuǎn)過(guò)程中隨著偏轉(zhuǎn)角的增大【 】(A)線圈受到的安培力的力矩將增大(B)線圈受到的安培力的力矩將減小(C)線圈所受安培力的力矩不變(D)電流表中螺旋彈簧所產(chǎn)生的阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩將逐漸增大5一磁電式電流表線圈長(zhǎng)a=2.0cm，寬b=1.0cm，匝數(shù)n=50匝，磁極間是一輻向磁場(chǎng)，線圈所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.20T，當(dāng)通入電流I=0.10A時(shí)，偏轉(zhuǎn)角為300。求：（1）作用在線圈上的安培力的力矩；（2）螺旋彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)k?！舅刭|(zhì)提高】圖15-3-66質(zhì)量為m、長(zhǎng)度為的水平金屬棒ab通過(guò)兩根細(xì)金屬絲懸掛于絕緣架MN下，整個(gè)裝置處于豎直方向的均強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng)金屬棒通以由a向b的電流I后，棒離開(kāi)原位置使懸絲向右偏離豎直方向角而平衡，如圖15-3-6則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)?，大小為 .閱讀材料：電流天平應(yīng)用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的原理，可以制成靈敏的電流天平。用電流天平可以測(cè)出通電導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力大小，從而求出磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖15-3-8圖15-3-7整個(gè)裝置如圖15-3-7甲所示，它的橫臂（圖15-3-7乙）能繞通過(guò)點(diǎn)和的軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。軸的左右兩側(cè)臂長(zhǎng)相等。在軸的一側(cè)，沿著橫臂的邊沿固定一條U形絕緣導(dǎo)線，這樣在天平的一端就有了一段短直線CD，它的長(zhǎng)度是L。天平的另一端可以懸砝碼或金屬絲等輕小物體。調(diào)整天平使它平衡，把有U形導(dǎo)線的一端放入待測(cè)的磁場(chǎng)中，如圖15-3-8所示，然后給U形導(dǎo)線通電，如果磁場(chǎng)方向和U形導(dǎo)*線中的電流方向如圖所示，CD段導(dǎo)線就受到一個(gè)向下的安培力，天平因而傾斜，在天平的另一端加上適當(dāng)?shù)捻来a，使