沪科版（五四制）(2024)九年级下册（2024）第3节 通电导线在磁场中受到的作用力导学案

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知识点1、磁场对通电导线的作用
1. 探究磁场对通电导线的作用
1.1、实验器材：电源、开关、直导线、蹄形磁铁等。
1.2、实验原理图
1.3、实验步骤
①把导线ab放在磁场里，接通电源，让电流通过导线ab，观察它的运动方向。
②在实验①中，去掉蹄形磁体，接通电源，观察导线ab是否运动。
③保持磁体N极、S极位置不变，把电源的正、负极对调后接入电路，使通过直导线ab的电流方向与原来相反，接通电源，观察它的运动方向。
④保持直导线ab中的电流方向与实验①中相同，把磁体的两个磁极对调，让磁感线方向与原来方向相反，接通电源，观察它的运动方向。
⑤在实验①中，同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，接通电源，观察它的运动方向。
1.4、实验现象
①导线ab放在磁场里，接通电源，发生运动，去掉蹄形磁体，接通电源，导线ab不运动；
②导线ab 放在磁场里，接通电源，ab向左运动；把电源的正负极对调，ab向右运动；
③保持电流方向与①一样，把蹄形磁铁的磁极调换一下，ab向右运动。
④同时改变直导线ab中的电流方向和磁感线方向，通电导线运动的方向不变。
1.5、实验结论
通电导线在磁场中受到力的作用，力的方向与电流 方向、磁场 方向都有关系。当电流的方向或者磁感线的方向变得相反时，通电导线受力的方向也变得相反；当电流的方向与磁感线的方向同时变得相反时，通电导线受力的方向不变。
1.6、方法技巧：区分 “影响通电导体受磁场力的方向与大小”的因素
= 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ① 磁场对通电导体力的方向取决于：磁场方向和电流的方向；
= 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ② 磁场对通电导体力的大小取决于：磁场强弱和电流的大小。
2. 探究磁场对通电线圈的作用
2.1、如图所示，把线框放在磁场里，接通电源，让电流通过，可以看到，通电线框在磁场中可以转过一个角度，但不能（选填“能”或“不能”）持续转动。
2.2、通电矩形线圈在磁场中不能连续转动的原因
①在如图甲所示位置时，通电线圈的两边在磁场中都受力，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，发生顺时针转动。

甲 乙 丙 丁
②当线圈的平面与磁场垂直时（图乙），通电线圈ab边与cd边受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。
③如图丙所示，线圈靠惯性越过平衡位置后，ab边受力方向竖直向上，cd边受力方向竖直向下，方向相反，磁场力作用的结果使线圈又逆时针旋转。
④通电线圈最后静止在平衡位置（图丁）。
3. 扬声器的发声
3.1、扬声器的作用：它是把电 信号转变为声音 信号的装置。
3.2、扬声器的主要结构：由固定的永磁体、线圈和锥形纸盆等构成。
3.3、扬声器的发声原理：通电导线在磁场中受到力的作用。
3.4、当线圈中通以携带声音信息、大小和方向不断变化的电流时，线圈在永磁体的磁场中受到力的作用而振动，从而带动纸盆振动，于是扬声器就发出了声音。
专题讲练1
1、同学们利用如图所示的装置进行实验。实验中将金属导体棒ab放在磁场中两根平行的金属导轨上，闭合开关，导体棒ab向右运动；将磁体的磁极对调，闭合开关，导体棒ab向左运动。由上述实验现象可以得出的结论是（ B ）
A．导体棒ab在磁场中的受力大小与电流大小有关
B．导体棒ab在磁场中的受力方向与磁场方向有关
C．导体棒ab在磁场中的受力方向与电流大小有关
D．导体棒ab在磁场中的受力大小与磁场强弱有关
【详解】由题可知，闭合开关，导体棒ab向右运动；将磁体的磁极对调，即只改变了磁场方向，闭合开关，导体棒ab向左运动，说明导体棒ab在磁场中的受力方向与磁场方向有关，但不能得出导体棒ab在磁场中的受力方向与电流大小的关系，也不能得出导体棒ab在磁场中的受力大小与电流大小、磁场强弱有关，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。
2、小聪利用如图所示的装置做“探究磁场对通电导体的作用”实验。
（1）导体ab应选用轻质的 （选填“铁棒”或“铝棒”）；
（2）接通电源，导体ab向右运动，说明磁场对通电导体有 的作用，在该过程中 能转化为 能；
（3）将图中磁体的N、S极对调或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向 运动，说明通电导体在磁场中受到力的方向与 、 方向有关；
（4）如果将滑动变阻器的滑片向左移动，闭合开关，发现导体ab不动或运动得很慢，这说明通电导体所受磁场力的大小与 有关。
【答案】（1）铝棒；（2）力，电，机械；（3）左，磁场方向，电流；（4）电流大小
【详解】（1）为了确保实验中导体不受磁场的额外影响，应选择非磁性材料。铁棒是磁性材料，而铝棒是非磁性材料，因此应选择铝棒。
（2）力可以改变物体的运动状态，当导体ab通电后在磁场中运动，说明磁场对通电导体有力的作用。在这个过程中，消耗电能，得到导体ab的机械能，因此是将电能转化为机械能。
（3）将磁体的N、S极对调（磁场方向改变）或改变通过导体ab的电流方向，观察到导体ab向左运动，说明导体ab受到磁体对其的作用力方向发生变化，从而说明通电导体在磁场中受到力的方向与磁场方向、电流方向有关。
（4）滑动变阻器滑片向左移动，闭合开关，变阻器连入电路的电阻变大，导致电路中电流减小，导体ab不动或运动得很慢，可知导体ab所受磁场力的大小发生变化，这说明通电导体所受磁场力的大小与电流大小有关。
3、按照如图所示的实验装置探究“磁场对通电直导线的作用”。
（1）连接好电路，开关未闭合时无论如何调节滑动变阻器的滑片，导体棒ab不动；闭合开关并将滑动变阻器的滑片移动到适当位置，看到导体棒ab向右运动，上述实验现象说明 ；
（2） （选填“电动机”或“电磁铁”）就是根据该原理制成的。
（3）将滑动变阻器的滑片向右端移动一定距离，发现导体棒ab向右运动的现象缓慢而不明显，这说明此现象中产生力的大小与 有关；
（4）若要使导体棒ab向左运动，可采取的方法： 。
【答案】（1）磁场对通电导体有力的作用；（2）电动机；（3）电流大小；（4）改变磁场方向
【详解】（1）开关未闭合时，电路中没有电流，导体棒ab不动；闭合开关后，将滑动变阻器的滑片移动到适当位置，电路中有电流，导体棒ab向右运动，这说明磁场对通电导体有力的作用。
（2）电动机是根据通电导体在磁场中受力运动原理制成的，电磁铁是利用电流的磁效应制成的。
（3）将滑动变阻器的滑片向右端移动一定距离，滑动变阻器接入电路中的电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流减小，发现导体棒ab向右运动的现象缓慢而不明显，这说明此现象中产生力的大小与电流大小有关。
（4）磁场对通电导体的作用力方向与磁场方向和电流方向有关，若要使导体棒ab向左运动，可采取的方法是改变磁场方向（如对调磁极）或改变电流方向（如对调电源正负极）。
4、如图所示为电流表的内部结构示意图。接入电路，当有电流通过时，线圈带动指针偏转，其工作原理是 ，将电能转化为 能；测量时必须选择正确的接线柱，因为线圈所受力的方向与 有关。
【答案】 磁场对通电导体有力的作用 机械 电流方向
【详解】由图可知，电流表内有永磁体、线圈，当有电流通过线圈时，线圈受到磁场的作用力而转动，带动指针偏转，这个过程电能转化为机械能。
通电导体在磁场中的受力方向与电流方向及磁场方向有关。当磁场方向一定时，电流方向不同，线圈的转动方向不同，所以电流表测量时必须选择正确的接线柱，否则指针反偏，可能损坏电流表。
5、如图所示，将扬声器的线圈一端连接电源负极，另一端与电源正极不断碰触，会听到扬声器发出“咔咔”的响声，这是因为变化的电流通过线圈，使其在 中受到变化的力，从而带动锥形纸盆 而发声。
【答案】 磁场 振动
【详解】通电导体在磁场中受到力的作用。如图，扬声器中有磁体和线圈，线圈处在磁体周围的磁场之中；将扬声器的线圈一端连接电源负极，另一端A与电源正极不断碰触，线圈中会产生断断续续的变化的电流，变化的电流通过绕圈，使其在磁场中受到变化的力，从而带动锥形纸盆振动而发声。
6、如图所示是扬声器（喇叭）的结构图。当扬声器的线圈中通入携带声音信息的时刻变化的电流时，线圈会在永久磁体的作用下带动锥形纸盆振动发声。下列说法中正确的是（ D ）
A．扬声器工作时是将机械能转化为电能
B．扬声器工作时线圈中不会有电流
C．扬声器中的永久磁体不会对线圈有作用力
D．扬声器的工作原理是通电线圈在磁场中受力运动
【详解】A．动圈式扬声器在工作过程中消耗了电能，把电能转化为机械能，故A错误；
B．动圈式扬声器工作时线圈会有电流，故B错误；
C．当线圈中有电流通过时，扬声器中的永久磁体会对线圈有作用力，故C错误；
D．扬声器的工作原理是磁场对电流有力的作用，故D正确。故选D。
7、某同学在整理《电与磁》的笔记时，图片与知识点的对应出现错误的是（ C ）
A．图甲：最早发现地磁场的两极与地理的两极不重合的科学家是中国宋代的沈括
B．图乙：通过调整通电螺线管中的电流强度，可以实现对螺线管磁性强度的调节
C．图丙：扬声器的工作原理与发电机的原理是相同的
D．图丁：当只改变电流方向时，通电导体所受力的方向也会随之改变
【详解】A．在北宋学者沈括的《梦溪笔谈》中，记载了磁针所指方向不完全指南北这一事实，故他是世界上最早发现这一事实的人，故A正确，不符合题意；
B．通电螺线管的磁性与电流的大小和线圈的匝数有关，因此通过调整通电螺线管中的电流强度，可以实现对螺线管磁性强度的调节，故B正确，不符合题意；
C．扬声器的工作原理是通电导线在磁场中受到力的作用，与电动机原理相同，C错误，符合题意；
D．通电导体所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关，只改变电流方向或磁场方向时，通电导体所受力的方向也会随之改变，故D正确，不符合题意。故选C。
8、轻质通电导线中的电流方向向右时，它在磁场中的受力情况如图甲所示。若只将导线中电流方向变成向左，请在图乙中画出通电导线在磁场中的受力F。
【答案】
【详解】通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。只将导线中电流方向改变，磁场方向不变，则导体受力方向改变，原来通电导体受力水平向右，现在通电导体受力水平向左；如图所示：
9、如图所示，线圈abcd位于磁场中，通电后ab段导线受磁场力F的方向向上。请在图中画出通电后cd段导线受到的磁场力F1的示意图。
【答案】
【详解】如图所示，通电线圈abcd位于磁场中，受到的磁场力的方向与线圈的电流方向有关，ab段导线受磁场力的方向向上，cd中的电流与ab中的电流方向相反，则cd受力的方向是竖直向下，如图所示：
10、作图题：如图（a），闭合开关，导体ab水平向左运动。若仅将电源正负极对调，请在图（b）中画出导体ab运动时在水平方向上受到的力的示意图（O点是导体ab的重心）。
【答案】见下图。
【详解】通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关，当磁场方向或电流方向改变时，导体受力方向改变。在图（a）中，闭合开关导体ab水平向左运动，说明此时导体ab所受力的方向向左。当仅将电源正负极对调后，电流方向发生改变，而磁场方向不变，则导体ab所受力的方向变为向右。如图所示：
11、当电流通过灯丝，白炽灯的灯丝就会发热发光，此过程 能转化为光能和内能。晓丽在打扫实验室卫生时偶然发现：将磁体靠近通电白炽灯的灯丝（如图所示），灯丝在晃动。产生这一现象的原因是 。
【答案】 电 通电导体在磁场中受力运动
【详解】白炽灯的灯丝发热发光，此过程电能转化为光能和内能。
通电导体在磁场中会受力运动，导体的受力方向与磁场方向和电流的方向有关，所以将磁体靠近通电白炽灯的灯丝，因灯泡中有电流通过，并且是交流电，所以灯丝会受到磁场力的作用，并且受力的方向在时刻改变，所以灯丝会发生晃动。
知识点2、电动机的工作原理
1. 电动机的组成
电动机主要由两部分组成：能够转动的线圈，也叫转子；固定不动的磁体，也叫定子；电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。
2. 换向器
2.1、换向器的构造：两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘。A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。

2.2、换向器的作用：当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向。
如图所示，无论线圈的哪个边，只要它处于靠近磁体S极的一侧，其中的电流都是从读者这边朝纸内的方向流去，这时它的受力方向总是相同的（向上），线圈就可以不停地转动下去了。
3. 直流电动机的工作原理
3.1、如图甲所示，通电线圈中的电流方向为a→b→с→d，线圈在磁场力的作用下，顺时针转动。

甲 乙 丙 丁
3.2、如图乙所示，线圈转到平衡位置，电刷接触到换向器中间绝缘部分，不受力，利用惯性线圈转过平衡位置。
3.3、如图丙所示，线圈越过平衡位置后，电路接通，线圈中的电流方向变化为d→c→b→а，线圈受力方向随之改变，继续顺时针转动。
3.4、如图丁所示，线圈利用惯性转过平衡位置后，改变了电流方向和受力方向，线圈继续转动。
4. 实际的电动机
4.1、实际的电动机有多个线圈，每个线圈都接在一对换向片上，以保证每个线圈在转动过程中受力的方向都能使它朝同一方向转动。
4.2、电动机工作时，把电 能转化为机械 能。
4.3、改变电动机转动方向的办法：只让线圈中电流方向与原来相反或只让磁场方向与原来相反。
4.4、改变电动机转速的方法：改变线圈中电流的大小，或改变磁场的磁性强弱。
4.5、电动机具有效率高、噪声小等优点，被广泛应用于工业、交通运输、家用电器等领域。
5、方法技巧：对于电动机知识的理解
5.1. 电动机就是通电后“能动”的设备，也是将电能转化为机械能的设备，如电流表、扬声器等，都是利用磁场对通电导体有力的作用这一原理来工作的；
5.2. 电动机的转向的调节：若改变电动机（或线圈）的转向，只改变电动机（或线圈）中电流方向或磁场方向即可；若同时改变电流方向或磁场方向，则线圈受力方向不变，即电动机（或线圈）的转向不变；
5.3. 换向器的作用：直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，为使线圈能够持续地转动下去，每当线圈刚转过平衡位置时，换向器就自动改变线圈中的电流方向，从而改变线圈两条边的受力方向，保证线圈能不停地转动下去。
专题讲练 2
1．如图所示的电路中，开关闭合后，导体ab杆接通电源运动起来，人们根据此原理制成的是（ A ）
A．电动机B．电热毯
C．电饭煲D．发电机
【详解】开关闭合后，导体ab杆接通电源运动起来，此时通电导线在磁场中会受到的力的作用而运动，电动机就是利用这一原理制成的，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。
2、如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动，下列分析正确的是（ D ）
A．该装置工作原理是电磁感应原理
B．图中线圈正好处于平衡位置
C．该装置工作时，将电能全部转化为机械能
D．若改变电源方向，线圈将逆时针转动
解A．电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，不是电磁感应，故A错误；
B．图中线圈与磁感线的方向平行，没有处于平衡位置，故B错误；
C．电动机工作过程中，消耗的电能大部分转化为机械能，但也有少部分转化为内能，故C错误；
D．若改变电源方向，即改变了线圈中的电流方向，线圈受力方向改变，将逆时针转动，D正确。
3、如图所示的电动机在生活中的应用越来越广泛，图乙为电动机的工作原理图。线圈abcd处于水平向右的磁场中，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘；A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。下列分析正确的是（ C ）
A．线圈连续转动是靠电流做功实现的
B．电动机通电后不转，一定是电路断路了
C．图中ab受磁场力向上，转动180∘时受磁场力向下
D．电动机在工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
【详解】A．线圈在非平衡位置连续转动是靠电流做功实现的，在平衡位置连续转动是靠惯性实现的，故A错误；
B．电动机通电后不转，可能是电路断路了，没有电流通过，也可能是线圈恰好处于平衡位置，线圈受到的作用力不能使线圈产生转动效果，故B错误；
C．图示中线圈顺时针转动，电流沿abcd流动，ab在左侧时受到的力向上，cd受到的力向下，ab转动180度，转到右侧，电流方向改变，受力方向也改变，受力向下，线圈能连续转动，故C正确；
D电动机在转动过程中，需要克服摩擦做功，所以消耗的电能大部分转化为机械能，小部分转化为内能，故D错误。
4、下列家用电器中主要利用电动机原理来工作的是（ A ）

A．洗衣机 B．电饭煲 C．电热水壶 D．电热水器
【详解】电动机是利用通电导体在磁场中受力的原理来工作的，工作时将电能转化为机械能；
A．洗衣机的主要部件是电动机，是利用通电导体在磁场中受力的原理来工作的，工作时将电能转化为机械能，故A符合题意；
B．电饭锅是利用电流的热效应来工作的，主要是将电能转化为内能，与电动机的原理不同，故B不符合题意；
C．电热水壶是利用电流的热效应来工作的，主要是将电能转化为内能，与电动机的原理不同，故C不符合题意；
D．电热水器是利用电流的热效应来工作的，主要是将电能转化为内能，与电动机的原理不同，故D不符合题意。
5、如图所示为某电动机的原理图。EF、PQ为螺线管，abcd为电动机的线圈，（OO'为转轴。闭合开关，从O点沿转轴观察，线圈顺时针转动，螺线管E端为 （选填“N”或“S”）极，若将电源的正负极对调，从O点沿转轴观察，线圈将 （选填“顺时针转动”或“逆时针转动”）。
【答案】 N 顺时针转动
【详解】由图知，电流从螺线管E端流入，F端流出，根据安培定则可判断出螺线管的E端为N极。
因为电动机中通电线圈的转动方向与电流方向和磁场方向有关，只改变其中一个因素，转动方向改变；若同时改变电流方向和磁场方向，转动方向不变。将电源的正负极对调，根据安培定则，两个螺线管的磁极改变，F端为N极，P端为S极，磁场方向改变；线圈中的电流方向也改变，即磁场方向和电流方向同时改变，所以线圈的转动方向不变，仍顺时针转动。
6、如图1是电动机的模型，磁场由两个电磁铁提供，abcd是线圈，闭合开关后，线圈ab边受力方向竖直向下，作逆时针旋转。将电源正负极对调后如图2（均不考虑导线MN段对线圈的影响），则下列说法正确的是（ ）
A．图1中P为磁体S极 B．图2中cd边受力方向竖直向下
C．图2中的线圈将逆时针连续转动 D．图2中的线圈中能量转化为：机械能转化为电能
【答案】C
【详解】A．根据安培定则，用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。在图1中，电流从左边螺线管的左端内侧流入，根据安培定则可知，P为磁体N极，故A错误；
B．通电导体在磁场中受力方向与磁场方向和电流方向有关。将电源正负极对调后，电流方向发生改变，同时磁场方向也改变，那么导体的受力方向不会改变。图1中ab边受力方向竖直向下，在图2中，ab边电流方向与图1中相反，所以ab边受力方向竖直向下，而cd边与ab边在同一线圈中，所以cd边受力方向竖直向上，故B错误；
C．由B选项分析可知，图2中线圈的受力方向没有发生改变，所以线圈还将逆时针连续转动，故C正确；
D．图2中的装置依然是电动机模型，电动机工作时是将电能转化为机械能，故D错误。
7、下图为直流电动机的两个不同时刻的工作原理图，下列分析不正确的是（ D ）
A．导线ab中的电流在这两个时刻方向不同，受到的磁场力方向也不同
B．甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置
C．由上往下看，线圈中电流均为顺时针方向 D．如果电动机持续转动，则电动机内外流的都是直流电

【详解】A．由图可知，导线ab在这两个时刻电流方向不同，由于导体受力方向与磁场方向和电流方向有关，所以两次导线ab的受力方向不同，故A正确，不符合题意；
B．平衡位置是指线圈平面与磁感线垂直的位置，图中磁感线从左向右，故甲乙两图中的线圈再转动90度角，都能到达平衡位置，故B正确，不符合题意；
C．读图由左手定则可知：电源的左侧为正极，从上往下看，线圈中电流都是顺时针方向，故C正确，不符合题意；
D．电动机之所以能转动，是因为换向器每当转过平衡位置就会改变线圈中电流的方向，即电动机线圈外是直流电，线圈内是交流电，故D错误，符合题意。故选D。
8、如图为直流电动机的基本构造示意图。以下相关的分析中正确的是（ ）
A．电动机是利用电磁感应的原理工作的
B．电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能
C．使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的
D．仅改变磁感线的方向不能改变线圈转动的方向
【答案】C
【详解】A．电动机是是根据通电流的导体在磁场中会受力的原理来工作的，故A错误；
B．电动机工作过程中，消耗的电能主要转化为机械能，小部分转化为内能，故B错误；
C．使线圈连续不停地转动下去是靠换向器来实现的，换向器在电动机中起着关键作用，它的主要功能是改变电流方向，从而确保电动机可以连续旋转而不需要经常地停止和启动，故C正确；
D．线圈转动的方向与电流方向、磁场方向有关，仅改变磁感线的方向能改变线圈转动的方向，故D错误。
10、如图所示，在磁场中的矩形铜线框处于静止状态。闭合开关后，AB段导体受到向上的磁场力，则（ D ）
A．电路中M处的电流大于Q处的电流
B．CD段导体受到磁场力的方向向下
C．矩形铜线框一定发生转动
D．若只将电源正负极对调，CD段受到磁场力的方向一定向下
【详解】A．电路中M与Q都并联在干路中，所以电路中M处的电流等于Q处的电流，故A错误；
B．闭合开关后，AB段导体受到向上的磁场力，电流方向是A到B。因为是并联，那么CD段导体中电流方向是C到D，可判断出CD段导体受到磁场力的方向也向上，故B错误；
C．因为AB段和CD段受到的磁场力方向相同，所以一定不发生转动，故C错误；
D．若只将电源正负极对调，电流方向会反向，那么CD段导体中电流方向变为D到C，根据受力方向与电流方向的关系，可知CD段受到磁场力的方向一定向下，故D正确。
12、如图所示是实验室中电流表的内部结构图，处在磁场中的线圈有电流通过时，线圈会带动指针一起偏转．线圈中的电流越大，指针偏转角度越大．则下列说法正确的是（ ）
A．该装置利用了电流的热效应原理
B．线圈中有电流通过时，把电能全部转化为内能
C．改变线圈中的电流方向，其转动方向不会改变
D．线圈中的电流越大，其所受的磁场力越大
【答案】D
【详解】A．电流表的内部构造显示电流表的制作原理：通电线圈在磁场中受力而转动，故A错误；
B．线圈中有电流通过时，电能转化为机械能和内能，故B错误；
C．改变线圈中的电流方向，线圈受力方向改变，其转动方向会发生改变，故C错误；
D．电流越大，线圈受到的力越大，其转动的幅度越大，因此可以利用电流表指针的转动幅度来体现电路中电流的大小，故D正确。故选D。