【教学目标】

一 知识目标
　(1)知道电流表的基本构造．
　(2)知道电流表测电流大小和方向的基本原理．
　(3)了解电流表的基本特点
二 能力目标:应用学过的知识解决实际问题的能力．
三 情感目标:通过学习电流表的原理，学会将所学的知识应用到实际问题中，培养学生分析问题、解决问题的能力．

【重难点】重点：电流表的构造和测量电流的原理

难点：通电线圈在磁场中所受的磁力矩

【教材分析】本节的重点是电流表的工作原理，通过定量推导得出电流和指针偏转角度的关系，突出重点，进而突破安培力的力矩与弹簧的扭转力矩平衡这一难点.注意分析安培力的力矩与线圈所处位置无关。

【教法设计】本节要求学生自主探究电流表测电流大小和方向的原理.在教学活动中应调动学生的探究热情,充分利用教具、模具、实验器材的作用,让学生清楚地了解电流表的基本结构及构件的作用。并引导学生利用所学知识，定量地推导出电流和指针偏角之间的关系，从而深入理解电流表的工作原理。并知道前面学过的电流表两个重要参量Ig和Rg的意义。活动中,动手动脑,提高学生的物理素质。

【课时安排】1课时

【教学用具】电流表、电源、开关、导线、高值电阻、电阻箱、教学模具。

【教学过程】

一  复习导学：

电路中物理量的测量离不开电表，在电学实验中，我们知道了电流表、电压表、欧姆表的使用方法。但大家是否知道它们为什么可以用来测电流、电压和电阻呢？其实，这些电表都有一个相同的核心部件----表头，表头实际上就是一个灵敏电流表。对电流表的深层理解有助于我们对其它电表的进一步认识。那么，电流表是如何来测量电流的呢？这一堂课，我们来共同研究常用的磁电式电流表的工作原理。下面，请大家阅读本节教材的第一段，观察桌上的电流表，了解电流表的结构，作好记录。

二  新课教学

（一）电流表的构造及原理探究

1．电流表的构造探究：

（1）引导学生阅读教材，观察电表结构，猜想构件的作用，作好记录。注意：突出主要构件---软磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等；明确刻度盘是均匀的。（教师下堂和同学共同探究、交流。结束后，点同学回答观察到的现象。）

师：这位同学，将你们的观察结果告诉大家，好吗？

（2）用Flash动画展示电流表的各部分结构

师：很好，观察得很仔细。为了使大家对电流表的结构有一个更加清楚的认识，请看动画。

（3）用教学模具加深印象。

师：请看表头的模具，各构件间的空间位置关系更加清楚了。（取出“通电线圈”，使学生明确螺旋弹簧与线圈及接线柱的连接关系----螺旋弹簧的一端固定在固定装置上，用导线与接线柱相连，另一端固定在转轴上与线圈连通，被测电流就是经过这两个螺旋弹簧流入线圈的）

师：这些构件有什么作用呢？这位同学，将你的猜想告诉我们，好吗？

师：很好。是不是这样呢？让我们一起来探究。请大家利用桌上的实验器材，设计电路，探究电流表指针偏转、停止的原因。不过，我得事先提醒大家，表头允许通过的电流很小，要利用好10千欧的电阻及电阻箱。

2．电流表的工作原理探究：

（1）进行学生实验，观察电流表指针的偏转情况，作好记录。

首先，接通电路并观察电流表指针的偏转情况，由指针的偏转转而观察线圈的偏转；调节电阻箱的阻值，改变回路中阻值的大小，观察电流大小不同时，指针偏转的角度是否相同；改变回路中电流的方向，观察电流方向不同时指针的转动情况；然后断开电路，观察电流表的指针和线圈的偏转情况。在全过程中仔细观察螺旋弹簧形状的变化，体会螺旋弹簧的作用。

（2）对实验记录进行分析，探究电流表的工作原理。（实验完毕，点同学回答观察到的现象，然后进行分析）

师：这位同学，你们是如何来进行探究的？观察到了什么现象呢？

生：……

师：大家是不是也观察到了这些现象呢？好，下面让我们一起来对这些现象进行分析。接通电路指针为什么会偏转？

生：通电线圈受磁场力的作用。

师：电流大小不同时，指针转动的角度是否相同呢？

生：不同。电流越大，指针偏转角度越大。

师：为什么？

生：……

师：要知道其中的原因，必须对线圈的转动过程有一个清楚的认识。我们将线圈转动的情况提炼成这样一个问题来加以研究。为了简便起见，我们以匀强磁场为例来研究。

问题提炼：有一长ab为L，宽bc为d的闭合矩形线圈abcd（共n匝），通有沿abcda的恒定电流I，置于水平向右的匀强磁场B中，光滑转轴MN与线圈绝缘(且为线圈的对称轴)，线圈所受的安培力矩是多大？有何转动作用？

（在解决问题的过程中进一步理解安培力矩的作用，突破难点）

师：当线圈转过θ角时，安培力矩为M₁=nBILdcosθ，与电流强度并不是简单的正比关系。如果利用匀强磁场来制作电流表，其刻度是否均匀呢？

生：不均匀。

师：不均匀，就会给我们的读数带来较大的误差。我们在探究过程中知道电流越大时，指针偏转角度也越大。并且我们也观察到表盘的刻度是均匀的。可见，线圈所在处的磁场并非匀强磁场。那是什么磁场呢？好，让我们一起来看一看电流表中软铁间的间隙，根据这个形状，大家猜一猜，其中的磁场是如何分布的呢？

生：辐向分布的。

师：辐向分布是怎样一种情形呢？我们可以通过撒铁屑的方法来模拟一下。

（出示辐向磁场装置）

师：在这个装置中，外面是圆形磁铁，中间为一铁芯。在铁芯和磁铁的空间存在着与电流表软铁间的磁场极为相似的辐向分布的磁场。下面，让我们来看一看，辐向分布是怎样一种情形。（演示模拟的辐向磁场，形成直观印象；Flash动画展示辐向磁场，加深印象）

师：铁屑在空间的排列就象车轮的辐条一样，即为辐向分布。与匀强磁场相比，辐向分布的磁场有何特点呢？

生：不论通电线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行。

（借助演示辐向磁场的Flash动画，观察线圈偏转时它的平面都跟磁感线平行的空间位置关系，体会辐向磁场中的安培力及安培力矩的特点，并得出通电线圈在辐向磁场中的安培力矩的表达式M₁=nBILd）

师：请看，当线圈转到不同位置时，线圈距辐向磁场中心的距离并没有发生变化，即力臂没变。那么，通电线圈所在处的磁感应强度的大小是否变化呢？

生：没变。

师：通电线圈所受安培力的大小是否相等？

生：相等。

师：安培力矩呢？

生：相等。

师：若将问题提炼中的磁场换成辐向磁场，则线圈所受的安培力矩为多少？

生：M₁=nBILd

师：这样，我们就得到了通电线圈在辐向磁场中的安培力矩的表达式M₁=nBILd 。由此表达式可知安培力矩与电流强度是简单的正比关系。

师：上面我们对接通电路时的现象进行了分析。在断开电路时，又观察到了一些什么现象呢？

生：指针（线圈）回归原位。

师：安培力矩的作用是使线圈偏离原位，那么，线圈是在哪个构件的作用下回归原位的呢？

生：是在螺旋弹簧的作用下回归原位的。

师：在线圈偏离和回归原位的过程中，螺旋弹簧的形状是否变化？

生：变化。

师：怎样变？

生：松开或缠紧。

师：螺旋弹簧的这一“松”一“紧”就产生了阻碍线圈转动的扭转力矩。有电流时使指针停止在某一位置，没有电流时使指针回归原位。实验表明，扭转力矩与指针的偏转角θ成正比。扭转力矩可表示为M₂=kθ。

（Flash动画演示电流表的工作原理，观察线圈偏转时螺旋弹簧形状的变化，让学生体会扭转力矩的大小是怎样随指针偏转角的变化而变化的。）

师：指针怎样才会在某一位置停下来？

生：当螺旋弹簧的扭转力矩M₂与通电线圈所受的安培力矩M₁相平衡时。

师：在刚才的探究过程中，我们是如何判断所测电流的方向的？

生：指针的偏转方向的不同来判断的。

师：又是如何知道电流的大小的？

生：通过刻度盘读出电流的大小。

师：让我们一起来看一看电流表的刻度盘，刻度盘的刻度为什么是均匀的呢？

生：……

师：有了上面这些探究过程，同学们完全可以找到刻度盘的刻度均匀的原因。下面，请大家完成活动三的空格，明确电流表的工作原理。

3．结合以上的探究过程，从理论上分析电流表的工作原理。（学生活动）

　　设导线所处位置磁感应强度大小为B，线框长为L、宽为d、匝数为n，当线圈中通有电流I时，安培力对转轴产生力矩：M₁=Fd，其中安培力的大小为：F=nBIL  ， 故安培力的力矩大小为： M₁=nBILd  .

当线圈发生转动，不论通电线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，安培力的力矩不变．当线圈转过θ角（指针偏角也为θ）时，两弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩M₂ ,由材料性质知道，扭转力矩M₂=kθ，

根据力矩平衡M₁= M₂     得出：θ= nBLdI/k∝I

其中对同一个电流来说，k、n、B、L、d是一定的，因此  θ∝I

所以通过偏角θ的值可以反映I值的大小，且电流刻度是均匀的。当θ取最大值时，通过电流表的电流最大，称为满偏电流Ig，所以使用电流表时应注意不要超过满偏电流Ig。

师：通过以上的探究，大家能不能总结一下磁电式电表的特点呢？

生：……（教师补充完整）

（二）.磁电式电流表的特点

1．表盘的刻度均匀，θ∝I

2．灵敏度高，量程小

3．满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特性

三．小结:

1、电流表的结构

2、电流表的工作原理

3、磁电式电流表的特点

师：本节课我们探究了电流表的结构及工作原理，知道了磁电式电流表的特点。希望同学们能理解用电流表测量电流的原理，在以后使用电流表时注意不要超过量程。不过，在磁电式电流表的构件中，还有一些构件我们没来得及对其作用进行探究。希望大家下去之后，运用我们今天的探究思想及方法，继续探究这些构件的作用。大家一定会有新的发现，也会对磁电式电流表的工作原理有更加深入的认识。这些问题我们以课外探究的形式布置给大家。

【课外探究】：

1．从同一方向看过去，螺旋弹簧的绕向是相同的还是相反的？为什么？

（使转轴所受到的弹力作用平衡，而只有扭转作用）

2．指针的调零装置的作用是什么？它是如何来工作的？

3．怎样用灵敏电流表来测较大的电流和电压？

【板书设计】

第三节 电流表的工作原理

1、电流表的结构

2、电流表的工作原理

安培力力矩：M₁=nBILd    弹簧扭转力矩：M₂=kθ 

平衡时，M₁= M₂    得出：θ= nBLdI/k∝I

3、磁电式电流表的特点

(1)．表盘的刻度均匀，θ∝I

(2)．灵敏度高，量程小

(3)．满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特性

探究电流表的工作原理活动记录卡

活动一：观察电流表的结构，猜想构件的作用

活动二：实验探究电流表的指针偏转、停止的原因

接通电路，观察并记录指针偏角与电流大小的关系、指针偏转方向与电流方向的关系。断开电路，观察并记录电流表的指针（线圈）的偏转情况。在全过程中仔细观察螺旋弹簧形状的变化，分析指针偏转、停止的原因。

活动三：结合学过的知识分析电流表的工作原理

设导线所处位置磁感应强度大小为B，线框长为L、宽为d、匝数为n，当线圈中通有电流I时，安培力对转轴产生力矩：M₁= F d

其中安培力的大小为：F=＿＿＿＿

故安培力的力矩大小为： M₁=＿＿＿＿ 

当线圈发生转动，不论转到什么位置，它的平面都跟磁感线＿＿＿＿，安培力的力矩＿＿＿＿（“变”或“不变”）．线圈转过θ角（指针偏角也为θ）时，两弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩为M₂

由材料性质知道，扭转力矩M₂=kθ

根据力矩平衡M₁= M₂      得出：θ= ＿＿＿＿∝＿＿。