2.1 电动势 闭合电路的欧姆定律（课件）《电工技术基础与技能》同步精品课堂（高教版·第3版）

《电工技术基础与技能》（第3版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第2章 简单直流电路 2.1 电动势 闭合电路的欧姆定律 知识目标 掌握电动势的概念和基本定义。 理解欧姆定律在闭合电路中的应用，熟悉相关公式。 能够分析并计算简单闭合电路中的电压、电流和电阻。 能力目标 提升电路分析能力，能够独立解答电路相关的计算题。 培养实验操作能力，能够设计并完成简单的电路实验。 提高综合应用能力，能够将理论知识应用于实际问题解决。 情感目标 激发对电学知识的兴趣，培养探索科学的热情。 增强团队合作意识，通过小组讨论和实验合作完成学习任务。 树立严谨求实的科学态度，提高自主学习和思考的能力。 三维目标 导入情景 01 下图所示的是一个电动势 闭合电路的欧姆定律的示意图 新知学习 02 一、电动势 电源有两个极,两极间存在电压,不同的电源,两极间电压的大小是不同的。 不接用电器时,干电池的电压约为 1.5V,蓄电池的电压约为2V。 不接用电器时,电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的,与外电路的情况没有关系。 为了表征电源的这种特性,这里引入电动势的概念。 电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。 电动势用符号表示,单位跟电压的单位相同,也是V。 电动势是一个标量,但它和电流一样有规定的方向,即规定自负极通过电源内部到正极的方向为电 动势的方向。 新知学习 02 一、电动势 电动势的定义： 电动势（Electromotive Force, EMF）是电源在单位时间内将其他形式的能量转换为电能的能力。常用符号E表示，单位为伏特（V）。 电动势的来源和类型： 化学电动势：例如电池，通过化学反应产生电动势。 感应电动势：例如发电机，通过磁场变化产生电动势。 热电动势：例如热电偶，通过温度差产生电动势。 新知学习 02 一、电动势 电动势与电压的区别： 电动势是电源内部产生电流的推动力，而电压是电流通过电路时在两点之间的电位差。 在开路条件下，电动势等于电源两端的电压；在闭合电路中，电动势等于电压与内阻电压降之和。 电动势的计算： 公式：E = V + Ir，其中E是电动势，V是外电路电压，I是电流，r是内阻。 电动势可通过实验测定，如使用伏安法测定电源的开路电压和短路电流，再根据公式计算。 新知学习 02 一、电动势 电动势在电路中的作用： 提供电流，驱动电荷在电路中流动。 在分析复杂电路时，电动势是关键参数，决定了电路中的电流分布和电压分布。 内阻和电动势： 电源不仅提供电动势，还具有一定的内阻（internal resistance），通常用符号( r )表示。 在闭合电路中，内阻影响电源输出的有效电压。如果电源内阻较大，对外电路的电压供应会减小。 新知学习 02 电动势的常见应用： 常见应用包括电池（如锂电池、铅酸电池）、发电机、电动机、电感和感应器件。 在传感器中，如热电偶，电动势与温度直接相关，由温差产生电动势用来测量温度。 影响电动势的因素： 温度：例如，大多数化学电池，并非绝对恒定，其电动势随温度变化。 内阻：内阻变化也会影响实际输出电压，特别是在大电流下。 老化和使用频率：长时间使用或多次充放电，会导致电池等电源的电动势下降。 一、电动势 新知学习 02 图 2-1所示是最简单的闭合电路。 闭合电路由两部分组成，一部分是电源外部的电路,称为外电路,包括用电器和导线等; 另一部分是电源内部的电路,称为内电路,如发电机的线圈、电池内的溶液等。 外电路的电阻通常称为外电阻，内电路也有电阻,通常称为电源的内电阻,简称内阻。 二、闭合电路的欧姆定律 切削运动分析： 新知学习 02 那么,在闭合电路里,电流是由哪些因素决定的呢?这个问题可以用能量守恒定律和焦耳定律来解决。 设t时间内有大小为q的电荷通过闭合电路的横截面。 在电源内部,非静电力把电荷从负极移到正极所做的功 W=Eq,考虑到q=It,那么 W=EIt。 电流通过电阻 R和 R0时,电能转化为热能,根据焦耳定律,Q=RI2+R0I2t电源内部其他形式的能转化 成的电能,在电流通过电阻时全部转化为热能,根据能量守恒定律, W=Q,即EIt=RI2t+R0I2t 所以 E=RI+R0I (2-1-1) 二、闭合电路的欧姆定律 切削运动分析： 新知学习 02 或 式(2-1-2)表示:闭合电路内的电流,与电源的电动势成正比,与整个电路的电阻成反比,这就是闭合电路的欧姆定律。 由于 RI=U是外电路上的电压降(也称为端电压),R0I=U'是内电路上的电压降,所以 E=U+U’ (2-1-3) 这就是说,电源的电动势等于内、外电路电压降之和。 二、闭合电路的欧姆定律 切削运动分析： 新知学习 02 利用闭合电路的欧姆定律很容易说明这个现象。 由于，外电路的电阻 R增大时,电流要减小; 由于端电压 U=E-R01,电流I减小时,端电压U就增大。 反之,外电路的电阻R减小时,电流I要增大,于是端电压U就减小。 电源端电压随负载电流变化的规律称为电源的外特性。 三、端电压 切削运动分析： 新知学习 02 下面讨论两种特殊情况: (1)当外电路断开时,R变成无限大,I变成零,R0也变为零,U=E,这表明外电路断开时的端电压等于电 源的电动势 利用这个原理可以用电压表来粗略测定电源的电动势。 当然,这时电压表本身构成了外电路,因此,测出的端电压并不准确地等于电动势。 不过由于电压表的内阻很大,I很小,R0I也很小,因此,U和E相差很小,只要在误差允许范围内,可以用这个方法来测电动势 三、端电压 切削运动分析： 新知学习 02 (2)当外电路短路时,R趋近于零,端电压U也趋近于零,这时 电源的内电阻一般都很小,所以,短路时电流很大。 电流太大不但会烧坏电源,还可能引起火灾。 为了防止这类事故,在电力线路中必须安装保险装置,同时实验中绝不可将导线或电流表(电流表的 内阻很小)直接接到电源上,以防止短路。 三、端电压 小试牛刀 题目 1： 电动势的单位是以下哪一个？ A. 安培（A） B. 伏特（V） C. 欧姆（Ω） D. 瓦特（W） 答案：B 解析：电动势的单位是伏特（V），表示电源将其他形式的能量转换为电能的能力。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 在化学电池中，主要通过哪种方式产生电动势？ A. 光能 B. 热能 C. 化学反应 D. 机械能 答案：C 解析：化学电池通过化学反应将化学能转换为电能，产生电动势。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 电动势和电压的主要区别是什么？ A. 电压是推动力，电动势是电流 B. 电动势是电源内部产生的，电压是电路两点间的电位差 C. 电压和电动势是同一个概念 D. 电动势比电压更强 答案：B 解析：电动势是电源内部产生的推动力，而电压是电流通过电路时在两点之间的电位差。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 在开路条件下，一个电源的电动势与其两端电压的关系是怎样的？ A. 电动势较大 B. 电动势较小 C. 两者相等 D. 不确定 答案：C 解析：在开路条件下，没有电流流过电源的内阻，所以电动势等于电源两端的电压。 尝试解答下面习题 题目 5： 某电源的电动势为12V，内阻为1Ω，当它驱动一个总电阻为11Ω的电路时，电流是多大？ A. 1A B. 1.1A C. 10A D. 12A 答案：A 解析：根据欧姆定律，I = E / (R + r)，其中E = 12V，R = 10Ω，r = 1Ω。代入后，I = 12 / (10 + 1) = 1A。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 若电源的电动势不变，但内阻增大，电路中电流会怎样变化？ A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 答案：B 解析：当内阻增大，电路的总电阻增大，根据欧姆定律（I = E / (R + r)），电流会减小。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 在本节课中，我们学习了关于电动势和闭合电路的欧姆定律的基本概念和应用。电动势是电源将其他形式能量转换为电能的能力，单位为伏特（V），而欧姆定律则描述了电路中电流、电压和电阻之间的关系。 闭合电路中，电源的电动势与两端的电压相等，但当有内阻存在时，需要考虑其对电路的影响。内阻增大会导致总电阻增加，从而使得电路中的电流减小。我们通过欧姆定律的公式 (I = \frac{E}{R + r}) 可以计算闭合电路中的电流大小。 在实际应用中，要注意在什么状态下测量电动势以及如何根据电源参数计算电路中的电流、电压等重要参数。 作业布置 04 1.计算题： 一台电源的电动势为18V，内阻为3Ω，连接一个外电阻为6Ω的电路，请计算电路中的电流和外电压是多少？ 2.思考题： 为什么在测量电动势时需要保持电路开路状态？闭路状态测量会带来什么影响？ 3.分析题： 如果一台电池的电动势为10V，连接一个外电阻为8Ω的电路，外电阻可变，若要使电路中的电流最大化，外电阻应该取多少？为什么？ 感谢观看 $$