第2章 6 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律-【精讲精练】2023-2024学年高中物理必修第三册教科版（教师用书）

6．电源的电动势和内阻　闭合电路欧姆定律

[学业要求与核心素养]

1．了解电路中静电力和非静电力做功与能量转化的关系，知道电动势的定义。

2．理解闭合电路的欧姆定律及其公式，知道电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。

3．掌握电源断路和短路两种特殊情况下的特点。知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。

一、电源　电动势和内电阻

阅读教材，并回答：

如教材图2­6­2(b)，正电荷在导线中定向运动，电场力做什么功？正电荷的电势能如何变化？在电源内部，正电荷的电势能如何变化？怎样描述电源对正电荷做功的本领？

答：见教材

[概念·规律]

1．电源

所有能提供__电能__的装置。

2．电路包括两部分：外电路包括导线、用电器及开关；外电路两端的电压，即电源两极间的电压，称为路端电压。内电路是指电源内部的电路，合起来称为闭合电路。

3．电动势

(1)定义：非静电力把在电源内部将正电荷由电源负极移送到正极所做的__功W__与__电荷量q__的比值，用E表示。

(2)定义式：E＝　　。

(3)单位：与电势、电势差的单位相同，国际单位为__伏特__。

(4)意义：电动势是表征电源内__非静电力__做功本领的物理量，电动势在数值上等于电源把单位正电荷经电源内部从负极移到正极的过程__非静电力__所做的功。

4．内电阻：电源__内部__的电阻。

二、闭合电路欧姆定律

1．内容：在外电路只接有电阻元件的情况下，通过闭合电路的电流大小跟电源的__电动势__成正比，跟__内外电阻__之和成反比。

2．表达式：I＝　　或E＝__U外＋U内__。

3．适用条件：外电路为__纯电阻__电路。

4．路端电压与电流的关系

表达式：U＝__E－Ir__。

5．断路时的路端电压等于电源的电动势。

探究点一　对非静电力和电动势的理解

1．功能关系

非静电力总是克服静电力做功，非静电力做功的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程。做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。

2．E＝是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的；电动势不同，表示电源将其他形式的能转化为电能的本领不同。

3．电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。

　将电动势为3.0 V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4 V，当电路中有6 C的电荷流过时，求：

(1)有多少其他形式的能转化为电势能；

(2)外电路中有多少电势能转化为其他形式的能。

[解析]　(1)W＝Eq＝3.0×6 J＝18 J，电源中共有18 J其他形式的能转化为电势能。

(2)W＝Uq＝2.4×6 J＝14.4 J，外电路中共有14.4 J电势能转化为其他形式的能。

[答案]　(1)18 J　(2)14.4 J

1．一节干电池的电动势为1.5 V，这表示(　　)

A．电池中每通过1 C的电荷量，该电池能将1.5 J的化学能转变成电势能

B．该电池接入电路工作时，电池两极间的电压恒为1.5 V

C．该电池存储的电能一定比电动势为1.2 V的电池存储的电能多

D．将1 C的电子由该电池负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5 J的功

解析　电动势大小表示电池中每通过1 C的电荷量，电池将其他形式的能量转化为电势能本领的大小，并非表示电池内部储存的能量大小，故选项A正确，C错误；电动势大小等于电池接入电路前两极之间的电压大小，故选项B错误；电动势为1.5 V，表示电池内部非静电力将1 C的电子由电源正极移送到负极过程中所做功的大小，故选项D错误。

答案　A

探究点二　闭合电路的欧姆定律

1．内、外电路中的电势变化

外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流

向正极，沿电流方向电势升高。

2．闭合电路欧姆定律的几种表达形式

(1)电流形式：I＝，说明电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻成反比。

(2)电压形式：E＝Ir＋IR或E＝U内＋U外，表明电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和。

　(2023·聊城期末)如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V,8 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，这时电阻R两端的电压为5 V。求：

(1)电阻R的阻值；

(2)电源的电动势和内阻。

[解析]　(1)当开关S接b点时，由欧姆定律得，电阻R的阻值为R＝＝ Ω＝5 Ω。

(2)当开关S接a时，U1＝4 V，I1＝＝ A＝2 A

当开关S接b时，U2＝5 V，I2＝1 A

根据闭合电路欧姆定律得

E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r

联立得E＝6 V，r＝1 Ω。

[答案]　(1)5 Ω　(2)6 V　1 Ω

2．如图所示的电路中，R1＝9 Ω，R2＝5 Ω，当a、b两点间接理想的电流表时，其读数为0.5 A；当a、b两点间接理想的电压表时，其读数为1.8 V，求电源的电动势和内电阻。

解析　当a、b两点间接理想的电流表时，R1被短路，回路中的电流I1＝0.5 A，由闭合电路欧姆定律得

E＝I1(R2＋r)①