师：同学们，今天我们一起来学习高二物理粤教版第一单元安培力的应用。安培力在生活、生产和科研中应用极为广泛，像电流天平、磁电式电表、直流电动机等器件，其工作原理都与安培力有关。这节课，我们通过探究这些器件的设计思想和工作原理，来体会物理原理与技术的紧密结合。首先，来看电流天平。
大家都知道，普通天平利用杠杆原理，将被测物体与已知质量的砝码进行力学平衡，用等效替代思想测出被测物体质量。对于较难直接测量的安培力或磁感应强度，我们同样能利用等效替代法，结合安培力知识与现代电子技术，设计出如图所示的电流天平。这是等臂电流天平的原理图。
在天平右端挂上矩形线圈，设线圈匝数为n，底边CD长度为l ，把它放在待测匀强磁场中，使线圈平面与磁场垂直，磁场方向垂直纸面向里。当线圈通入如图所示电流时，假设磁感应强度为B，根据安培力知识，底边所受安培力方向竖直向上，大小等于n个BIL，注意别漏了线圈匝数。
此时，在天平左右两边分别放上质量为M1、M2的砝码，使天平平衡。根据平衡条件，此时M1g = M2g - nBIL。保持线圈中电流大小不变，使电流方向反向，根据安培力特点，安培力也会反向。所以要在天平左端加上质量为m的砝码，让天平重新平衡。
再次根据平衡条件可得：(M1 + m)g = M2g + nBIL。综合以上两个方程联立，就能解得待测匀强磁场的磁感应强度B = mg / (2nIL)，这就是电流天平测量磁感应强度的原理。电流天平常用于实验室测量两个平行通电直导线之间的相互作用力和磁感应强度。
接下来看第二个应用，磁电式电表。学校实验室电学实验常要用到测量电流大小的器件，这个电流表就是磁电式电表，它是根据磁场对电流作用产生的安培力制成的。我们先通过一个视频，重温一下电流表的工作情景。
磁电式电表刻度盘上的刻度是均匀的，有电流通过线圈时，线圈受力转动并停在适当位置，这个位置恰好反映通过它的电流大小。这是为什么呢？
磁电式电表有这样的特点：有电流通过电表时，指针会偏转，且偏转角度越大，测得电流值越大。下面通过观察它的内部结构示意图，来了解其工作原理。
这是磁电式电表内部结构示意图。蹄形磁铁两极之间有固定的圆柱形铁芯，铁芯外套着可绕轴转动的铝框，铝框上绕有铜线圈。电表指针固定在线圈上，能与线圈一起转动。线圈两端分别接在两个螺旋弹簧上，被测电流经两个弹簧流入线圈。下面通过视频，让大家看看实物图。
磁电式电表结构多样，常用的电流表、电压表、多用表等都是由它改装而成。右边这个已拆去刻度盘及前后玻璃板，红蓝两色的是蹄形磁铁，下面灰色的是两个弧形极靴，中间是圆柱形铁芯，它位于两极靴形成空间的中间。狭缝间有线圈，绕在矩形铝框上，铝框两端有转轴，安在两端支架上可自由转动。在线圈转轴两边各安有一个轻弹簧，两弹簧绕制方向相反，转动时产生的力矩阻碍线圈转动。线圈转轴与指针相连，指示转动角度，上面有刻度盘。
当电流流入线圈，线圈在磁场中会受安培力，安培力显然与磁场有关。下面先分析电流表中磁场分布的特点。如图，不同于一般磁场，蹄形磁铁与铁芯之间的磁场可看作均匀辐射分布的磁场，即所有磁感线延长线都会通过铁芯原点。所以以铁芯为中心的圆周上各点磁感应强度B大小相等。
无论线圈转到什么位置，线圈平面总会与磁场方向平行，这就导致安培力大小始终不变，且方向始终与线圈平面垂直。明白了磁场特点，我们来看电表具体工作原理。
当磁电式电表线圈无电流通过时，螺旋弹簧处于自然状态，线圈处于水平位置，指针指向零刻度。当线圈通入电流I时，根据左手定则，线圈两对边受到大小相等、方向相反的一对安培力作用。在这对安培力作用下，线圈绕中心线转动。线圈转动过程中，螺旋弹簧被扭转，产生阻碍线圈转动的阻力。当安培力与螺旋弹簧阻力作用效果相当时，线圈会停在某一位置。
电表指针指示表盘相应刻度线，进而得到相应电流大小。请大家结合电表工作原理，思考下面两个问题。思考一：能否通过指针偏转方向判断电流方向？改变通入线圈的电流方向，安培力方向随之改变，指针偏转方向也改变。所以根据指针偏转方向，就能知道通入电表的电流方向。思考二：如何进一步提高电流表灵敏度？根据电表工作原理，要提高磁电式电表灵敏度，就要在相同电流下增大线圈所受安培力。所以可以增加线圈匝数n，或增大永久磁铁的磁感应强度B，或增加线圈面积S。另外，磁电式电表灵敏度很高，能测量很弱电流，但缺点是线圈导线很细，只能通过很弱电流。因此，如果要用磁电式电表测量较大电流值，需根据电表改装原理扩大其测量范围。
最后留一个思考问题：磁电式电表表盘刻度为什么是均匀的？请同学们课后自行查阅资料，了解相关原理。下面来看第三个应用，直流电动机。
生活中有不少设备装配了直流电动机，比如部分电动汽车、电动自行车，多数电动玩具、电动剃须刀等设备中的电动机都是直流电动机。从能量转换角度看，它是将电能转换成机械能的旋转电机，直流电动机中使线圈转动的力就是安培力，它是如何实现的呢？