第三节 磁场对通电矩形线圈的作用(课件)-【中职专用】高中物理同步精品课堂（高教版电工电子类）

第三节 磁场对通电矩形线圈的作用 主题六 磁场及其应用 主题一 运动和力 主要内容 磁场对通电矩形线圈的作用 磁电式电表 直流式电动机 1 2 3 本节我们要学习的主要内容。 引入新课 纯电动汽车 纯电动汽车的电动机为什么能持续转动呢？ 我们在上一个单元中分析过磁场对通电直导线有安培力作用，那么，如果放置在磁场中的是通电矩形线圈，它的受力情况是怎样的呢？本单元我们将学习磁场对通电矩形线圈的作用。 如图所示，将线圈放在磁体两极之间，线圈可以绕轴OO＇自由转动。当电流通过线圈时，线圈将受到磁场的安培力的作用。观察线圈的转动情况。 磁场对通电矩形线圈的作用 线圈左右两边所受的安培力的方向是否相同？线圈在这些力的作用下将如何转动？ 【观察与体验】 【思考与讨论】 01 PART 01 磁场对通电矩形线圈的作用 如图所示，电流通过水平放置的线圈abcd。由于线圈所处的磁场水平向左，由左手定则可以判定，导线ab受到竖直向上的安培力F，而导线cd受到竖直向下的安培力F＇，ad边与bc边则不受安培力的作用。在安培力F与F＇的共同作用下，线圈abcd会绕轴OO＇转动。这就是磁场对通电矩形线圈的作用。 直流电压表、直流电流表、多用表和电动机都是应用这一原理制成的。 磁场对通电矩形线圈的作用 磁场对通电矩形线圈的作用 02 PART 02 磁电式电表 【思考与讨论】 磁电式电表 磁电式电流表结构示意图 请同学们对照示意图观察电流表内部构造，思考当将其接入电路后，它的指针为什么能偏转？ 【观察与体验】观察磁电式电流表结构 磁电式电流表结构示意图 磁电式电流表的最基本结构是磁体和置于磁场中的线圈，它的工作原理就是利用磁场对通电矩形线圈的作用。 通过平衡时指针偏转的角度就能判断通过电流的大小。 线圈中无电流时，线圈和铝框静止在平衡位置，指针停在零点。通电时，由于线圈左右两侧的导线中电流方向相反，所受安培力的方向相反，线圈会绕轴转动。线圈的转动将使固定在轴上的螺旋形弹簧扭紧，产生抵抗线圈的转动效果。 磁电式电表 在蹄形磁铁两极之间装有极靴，极靴中间是一个用软铁制成的圆柱形铁心。这样的构造一方面可以增加磁极与铁心间空隙处的磁场，另一方面可以使空隙处的磁场都沿半径方向，如图所示。这样线圈无论转到什么位置，线圈平面都跟磁感线平行。可以证明，这样的结构可以使电流表刻度盘上表示电流大小的刻度是均匀的。 极靴的作用 线圈中的电流方向改变时，由左手定则可以知道，安培力的方向反向，线圈的转动方向也随着改变。所以根据指针的转动方向，还可以知道被测电流的方向。 磁电式电表 优点：灵敏度高，能测量很弱的电流，可供实验室精密测量直流电流、电压，可做生产线或计量室的标准表使用。灵敏电流表主要应用于测量微弱电流，比如医学上测量心电、脑电，半导体生产中、绝缘材料和微弱探测等领域。 缺点：磁电式电表中绕制线圈的漆包铜导线很细，所以允许通过的最大电流很小。 磁电式电表 【思考与讨论】 我们如何将小量程的电流表（表头），改装成为常用的电流表和电压表呢？ 磁电式电表 电流表刻度盘 电流表G的电阻 Rg称为电流表的内阻，刻度盘上最大刻度的电流值 Ig称为满偏电流。电流表G通过满偏电流时，加在它两端的电压Ug称为满偏电压。如图6是某一电流表G的刻度盘。 磁电式电表 把电流表G改成大量程电流表原理图 示例1 如图所示是一个内阻Rg＝30 Ω，满偏电流Ig＝1 mA的小量程表头，如果给表头并联一个0.05 Ω的电阻R，并联后的表头总内阻是多少？ 可测的最大电流是多少？ 解 给表头并联一个电阻R后，表头的总内阻RA是R与Rg的并联值。由 得 由于并联了电阻R起到分流作用，当满偏电流Ig＝1 mA流过Rg时，由欧姆定律可求出流过电阻R的电流 则可测最大电流 示例2 如图所示是一个内阻Rg＝30 Ω，满偏电流Ig＝1 mA的小量程表头，要把它改装为量程0～3 V的电压表，要串联多大的电阻R？改装后电压表的内阻是多少？ 把电流表G改成大量程电压表原理图 解 当电压表指针指到最大量程电压3 V时，流过电流表G的电流是满偏电流Ig，此时电流表G的满偏电压 串联电阻R有分压作用可计算出电阻R的电压 由欧姆定律可求出电阻 给电流表G表头串联一个电阻R后，表头的总内阻RV是R与Rg的串联值，得 如图所示的配电柜是配电系统常用设备，配电柜一般会安装电流表和电压表用来观察电流值和电压值，方便工作人员监控电力系统运行状态。 配电柜 通过以上示例发现，如果给小量程的表头串联一个较大的电阻R，可以改装为电压表。 与磁电式电流表的工作原理相同，直流电动机也应用了磁场对通电矩形线圈的作用，将电源的电能转化为线圈的机械能。