12.2 闭合电路的欧姆定律 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

12.2闭合电路欧姆定律 2025届高二物理组制 必修第三册 新课导入 我们知道，要想电路中产生电流必须用导线将电源、用电器连成闭合电路，那么电路中的电流大小与哪些因素有关？ 今天我们就学习这方面的知识。 为什么多接几个小灯泡之后，会比之前要暗呢？ 新课讲解 一、认识闭合电路 E r S 外电路 内电路 闭合电路 1.闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。 2.外电路：用电器和导线组成的电路是外电路。 3.内电路：电源内部是内电路。 新课讲解 二、电动势 思考：你能说出闭合电路中外电路和内电路中电流的方向吗? E r S 外电路 内电路 I 在外电路中，电流方向由正极流向负极；在内电路中，电流方向为负极流向正极。 I 新知讲解 思考与讨论1:在外电路中，正电荷由电源正极流向负极。如果电路中只存在静电力的作用，会发生什么情况？ 在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子。但电流的方向为正电荷移动的方向，下面按正电荷的移动进行讨论。 参考答案：电源正极的正电荷与负极的负电荷很快就会中和，电路中不能维持稳定的电流。 新课讲解 思考与讨论2:为什么电源能让外电路中能维持稳定的电流？ 这是因为电源能把负极的正电荷经过电源内部不断地搬运至正极。所以能让外电路中能维持稳定的电流。 思考与讨论3:电源的这种能力是怎么来的呢？ + + + + + + + 正极 负极 + + + + - - - - 新课讲解 因此，在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷，我们把这种力叫作非静电力。即电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功，电荷的电势能增加。 + + + + + + + 正极 负极 + + + + - - - - 在电源内部，存在着由正极指向负极的电场。在这个电场中，静电力阻碍正电荷向正极移动。 新课讲解 1.从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能 在化学电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能； 新课讲解 思考与讨论：想一想，不同电源把其他形式的能转化为电势能的本领相同吗？ 参考答案：不同电源把其他形式的能转化为电势能的本领一般不同，电动势就是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领强弱的物理量。 新课讲解 2.电动势 （1）在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势。 （2）电动势公式 E表示电动势；W是非静电力做功；q表示电荷量。 （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。 新课讲解 （4）单位：功 W 的单位是焦耳（J），电荷量 q 的单位是库仑（C），电动势 E 的单位与电势、电压的单位相同，是伏特（V）。 （5）电动势由电源中非静电力的特性决定，跟外电路无关。对于常用的干电池来说，电动势跟电池的体积无关。 新课讲解 1.部分电路欧姆定律 导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻 R 成反比。 2.闭合电路中的电势变化情况 （1）在外电路中，正电荷在静电力的作用下从电势高的位置向电势低的位置移动，在外电路中，沿电流方向电势降低。 三、闭合电路欧姆定律及其能量分析 新课讲解 （2）在内电路中，电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内电 阻，简称内阻。 如图将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，则内阻沿电流方向电势降低。 E r 内电路 电源与内阻 新课讲解 思考与讨论：对于闭合电路来说，内、外电路都会出现电势降低，电势能减少。那么，电流 I 跟电源的电动势 E 及内阻 r、外电路的电阻 R 之间会有怎样的关系呢？ 电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程，所以可以用电流做功的多少来研究电流 I 跟电源的电动势 E 及内阻 r、外电路的电阻 R 之间的关系。 新课讲解 设电源电动势为E，内阻为r，外电路的用电器都是纯电阻为R，闭合电路的电流为I。 （1）电流流经电源时，在时间t内非静电力做多少功？ 非静电力做功将其他形式的能转化为电能，转化的数值与非静电力做的功 W 相等。时间 t 内电源输出的电能为：W＝Eq ＝EIt （2）在时间t内外电路中有多少电能转化为内能？ 在时间 t内，外电路转化的内能为：Q外 ＝ I2Rt 新知讲解 （3）当电流通过内电路时，也有一部分电能转化为内能，是多少？ 在时间 t 内，内电路转化的内能为：Q内＝ I2rt 根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和，即：W＝Q外 ＋Q内 将 W、Q 外 和 Q 内 的表达式代入上述关系式有: EIt ＝ I2Rt ＋ I2rt E ＝ IR ＋ Ir