第12章 第2节 第1课时 电动势 闭合电路的欧姆定律-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019）

第十二章 电能 能量守恒定律 课时1　电动势 闭合电路的欧姆定律 探究点一　电动势 自主预习·思辨 深度学习·探究 探究点二　闭合电路的欧姆定律 自主预习·思辨 深度学习·探究 课下巩固训练(二十)　电动势　闭合电路的欧姆定律 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 【课标解读】　1.认识非静电力的功，理解电动势的概念，区分电动势和电压。2.认识闭合电路，知道电动势等于内、外电路的电势降落之和。3.了解闭合电路的能量转化，理解闭合电路欧姆定律的内容、表达式。 日常生活中经常接触到各种各样的电源，它们都是把其他形式的能转化为电能的装置。功是能量转化的量度，电源转化电能的过程是通过什么力做功来实现的？怎样衡量这种力做功本领的大小？ 提示：通过电源内部的非静电力做功来实现的；可以用非静电力做功与“搬运”电荷量的比值(电动势)来衡量。 电源 电源内部 负极 正极 1．闭合电路：由导线、 和用电器连成的电路叫作闭合电路。用电器和导线组成外电路， 是内电路。 2．非静电力 (1)定义：假设电路中的自由电荷为正电荷，则在电源内部，把正电荷从 搬运到 的力叫作非静电力，如图所示。 化学能 电势能 非静电力 电荷量 伏特 V (2)电源内部的功能关系：通过非静电力做功把其他形式的能转化为 的装置。例如，在化学电池中，非静电力是 ，它使 转化为 。 3．电动势 (1)定义：在电源内部， 所做的功与所移动的 之比叫 作电源的电动势。 (2)公式：E＝ 。 (3)单位： ，用 表示。 (4)意义：表示电源把其他形式的能转化为电能的本领。 (5)影响因素：由 的特性决定，跟外电路 。对干电池来说，电动势跟电池的体积 。 非静电力 无关 无关 电势能 化学作用 × × 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。( ) (2)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。( ) (3)根据E＝可知，非静电力做功W越多，电源的电动势E越大。( ) (4)根据W＝qE可知，电源的电动势E越大，非静电力做功W越多。( ) × √ 2．如图所示，干电池标有“1.5 V”字样，手机电池标有“3.7 V”字样。 (1)如果把2 C的正电荷从干电池的负极移到正极，非静电力做多少功？电荷的电势能增加了多少？ (2)如果把2 C的正电荷从手机电池的负极移到正极，非静电力做多少功？电荷的电势能增加了多少？ (3)两种电池相比较，哪种电池非静电力做功的本领大？ 提示：(1)3 J　3 J　(2)7.4 J　7.4 J　(3)手机电池 对电动势的理解 (1)电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即在移送相同电荷量的情况下，非静电力做功越多，则做功本领越强，电动势越大。 (2)公式E＝是电动势的定义式而不是决定式。电动势E的大小与非静电力的功W和移送的电荷量q无关，它是由电源自身的性质决定，不同种类的电源电动势大小不同。 (3)公式E＝与U＝的物理意义不同。电动势E＝中的“W”指的是非静电力做的功，而电压U＝中的“W”指的是静电力做的功，两者描述不同性质力的做功本领。 【典例1】 (多选)关于电源，下列说法中正确的是(　　) A．电动势和电压的单位都是伏特(V)，因此电动势就是电压 B．从功及伴随的能量转化的角度来说，电动势与电压有本质的区别 C.电动势E＝表明，电源的电动势大小与非静电力做的功成正比 D．电源内部的非静电力把正电荷从负极搬运到正极的过程中，电荷的电势能增加 解析：选BD。电源的电动势和电压的单位虽然相同，但是电动势与电压是不同的概念，电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领，而电压反映把电能转化为其他形式的能的本领，故A错误，B正确；电动势E＝是比值定义式，电动势由电源本身的性质决定，与非静电力做的功无关，故C错误；电源内部的非静电力把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力要克服静电力做功，所以电荷的电势能增加，故D正确。 【针对训练1】 (多选)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示(　　) A．电源将1 C的正电荷从正极移至负极的过程中，2 J的化学能转化为电能 B．电源将1 C的正电荷从负极移至正极的过程中，2 J的化学能转化为电能 C．铅蓄电池在1 s内可以将2 J的化学能转化为电能 D．铅蓄电池比干电池(电动势为1.5 V)转化电能的本领强 解析：选BD。铅蓄电池的电动势为2 V，表示电源内的非静电力将1 C的正电荷从负极移送到正极时做的功为2 J，即将2 J的化学能转化为电能，能量转化的多少与时间无关，故A、C错误，B正确；电源的电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领，铅蓄电池的电动势比一节干电池的电动势大，所以转化电能的本领强，故D正确。 如图所示为闭合电路的组成示意图，电源的电动势为E，内阻为r，外电路电阻为R。闭合开关S，电路中的电流为I。 (1)在外电路和内电路中，沿着电流方向，电势如何变化？ (2)在时间t内，非静电力做了多少功？外电阻和内电阻产生的热量分别为多少？ (3)电路中的电流I与E、r、R之间有怎样的关系？ 提示：(1)在外电路中，沿电流方向电势降低；在内电路中，沿电流方向电势升高。 (2)非静电力做功W＝EIt，外电阻和内电阻产生的热量分别为Q外＝I2Rt，Q内＝I2rt。 (3)根据能量守恒定律有EIt＝I2Rt＋I2rt，即E＝IR＋Ir。 内电路 理想电源 1．内阻 (1)定义：在电源内部也存在电阻， 中的电阻叫内电阻，简称内阻。 (2)电源的等效电路：电源可以看作一个没有电阻的 与 的串联，如图所示。 I2rt I2Rt＋I2rt 2．闭合电路中的能量转化 (1)在时间t内，电源输出的电能(即非静电力做功的大小)为W＝Eq＝ 。 (2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝ ，内电路转化的内能为 Q内＝ 。 (3)根据能量守恒定律，非静电力做的功W＝Q外＋Q内，即EIt＝ ， 也就是I＝ 。 EIt I2Rt 电势降落之和 3．闭合电路的欧姆定律 (1)内容：闭合电路的电流跟电源的 成正比，跟内、外电路的 成反比。 (2)表达式：I＝。 (3)另一种表达形式：E＝ ，即：电源的电动势等于内、外电路 。 电动势 电阻之和 U外＋U内 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)在闭合电路中，电流的方向一定从电势高的地方流向电势低的地方。( ) (2)在闭合电路中，电源输出的电能被内、外电路转化为其他形式的能。( ) (3)闭合电路欧姆定律的表达式I＝，对任何电路都是成立的。( ) (4)电源的电动势在数值上等于电源正、负极之间的电压。( ) × √ × × 2．电动势E＝2 V的电源和一个阻值R＝9 Ω的电阻连成闭合电路，如图所示。现用电压表(可认为是理想的)测得电源两端的电压U＝1.8 V，则电源的内阻多大？ 提示：设电源的内阻为r，则电路中的电流I＝；电源两端的电压U＝IR，联立方程并代入数据解得r＝1 Ω。 闭合电路欧姆定律的几种表达形式 (1)I­R关系：I＝或E＝IR＋Ir 只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。其中“Ir”是内电路的电势降落(叫作内电压)，“IR”是外电路的电势降落(叫作路端电压)。 (2)U外­U内关系：E＝U外＋U内 适用于任意的闭合电路。其中内电压U内＝Ir，当外电阻为纯电阻时，有U外＝IR。 (3)U­I关系：U＝E－Ir 适用于任意的闭合电路。其中内电压U内＝Ir，U表示路端电压。 (4)U＝E 由闭合电路的欧姆定律可知I＝，又由部分电路欧姆定律可知U＝IR，联立可得U＝E，该表达式只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。 [说明]由U＝E可以看出，电源两端的电压(路端电压)U要小于电源的电动势E。当外电阻R→∞时，U≈E。 (3)U­I关系：U＝E－Ir 适用于任意的闭合电路。其中内电压U内＝Ir，U表示路端电压。 (4)U＝E 由闭合电路的欧姆定律可知I＝，又由部分电路欧姆定律可知U＝IR，联立可得U＝E，该表达式只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。 [说明]由U＝E可以看出，电源两端的电压(路端电压)U要小于电源的电动势E。当外电阻R→∞时，U≈E。 【典例2】 (规范题)如图所示，电阻R3＝0.5 Ω，当S断开时，两表读数分别为0.8 A和4.8 V，当S闭合时，它们的读数分别变为1.4 A和4.2 V。两表均视为理想电表，求： (1)电阻R1、R2的阻值； (2)电源的电动势和内阻。 【针对训练2】 (2024·广东潮州期末)如图所示，电路中定值电阻R1＝3.0 Ω、R2＝6.0 Ω，开关S1、S2均闭合时，电压表的示数为4 V；开关S1闭合、S2断开时，电压表的示数为4.5 V。若电压表为理想电表，求电源的电动势E和内阻r。 解析：开关S1、S2均闭合时，R1、R2的并联值R并＝＝2 Ω 电压表的示数为U1＝E＝4.0 V 开关S1闭合、S2断开时，电压表的示数为U2＝E＝4.5 V 联立解得E＝6 V，r＝1 Ω。 答案：6 V　1 Ω 【典例3】 如图所示，电动机M的线圈电阻r1＝0.4 Ω，定值电阻R＝24 Ω，电源电动势E＝40 V。当断开开关S时，理想电流表的示数I1＝1.6 A；当闭合开关S时，理想电流表的示数为I2＝4.0 A，求： (1)电源的内阻r； (2)闭合开关S后，通过电阻R的电流IR； (3)闭合开关S后，电动机的输入功率PM和输出功率P出。 解析：(1)当开关S断开时，根据闭合电路欧姆定律可知I1＝ 代入数据解得r＝1 Ω。 (2)当开关S闭合时，电源的内电压为 U内＝I2r＝4×1 V＝4 V 路端电压为U＝E－U内＝36 V 通过电阻R的电流为 IR＝ A＝1.5 A。 (3)闭合开关S后，通过电动机的电流 IM＝I2－IR＝2.5 A 电动机两端的电压U＝36 V 所以电动机的输入功率PM＝UIM＝90 W 输出功率P出＝PM－IM2r1＝87.5 W。 答案：(1)1 Ω　(2)1.5 A　(3)90 W　87.5 W [误区警示]电动机为非纯电阻元件，两端的电压及通过的电流是分析内阻r和电阻R间接获取的，切勿直接利用欧姆定律求解。 【针对训练3】 如图所示，为了减小启动电流，保护直流电动机，将一线圈电阻为rM的电动机与电阻箱串联后接在电源电动势E＝8 V、内阻r＝1 Ω的电源两端，电压表可以视为理想表。现利用电动机竖直向上牵引一质量为m＝0.1 kg的物体，已知重力加速度为g＝10 m/s2。调节电阻箱至R＝17 Ω后，闭合开关S，电动机转子稳定转动时，物体以速度v＝0.6 m/s匀速上升，电压表示数为U＝3.4 V。下列说法正确的是(　　) A．电动机的线圈电阻rM＝7 Ω B．电动机转动稳定时，其输入电压为4 V C．电动机转动稳定时，其输出功率为6 W D．调节电阻箱至R＝17 Ω后，闭合开关S， 电动机的启动电流为0.2 A 解析：选A。电动机转子稳定时，输出功率P出＝mgv＝0.6 W，电阻箱两端的电压U＝3.4 V，流过的电流I＝＝0.2 A，内阻的分压为Ur＝Ir＝0.2 V，则电动机两端的电压为UM＝E－U－Ur＝4.4 V，由P出＝UMI－I2rM可得，电动机的内阻rM＝7 Ω，电动机刚启动时，转子未转动，电动机为纯电阻元件，启动电流为I＝ A，综上可知，A正确。 　电池的串联和并联——电池组 n个完全相同的电池串联时，总电动势E总＝nE，总内阻r总＝nr，串联电池组可提供较高的电压；n个完全相同的电池并联时，总电动势E总＝E，总内阻r总＝ ，并联电池组能提供更强的电流。 【基础应用题】 1．(2024·浙江名校联考)锂离子电池主要依靠锂离子(Li＋)在正极和负极之间移动来工作，如图所示为锂电池的内部结构。该过程中Li＋从负极通过隔膜返回正极。已知该锂电池的电动势为3.7 V，则(　　) A．锂离子电池处于充电状态 B．电池内部每移动一个锂离子，需要消耗电能3.7 eV C．用电压表直接连接电池的两极，测得的电压是3.7 V D．电池放电时，内部静电力做负功，化学能转化为电能 解析：选D。锂离子电池放电时，Li＋从负极通过隔膜返回正极，内部静电力做负功，化学能转化为电能，故A错误，D正确；根据W＝qE可知，电源内部将一个锂离子由电源负极移动到正极，非静电力做功－3.7 eV，即需要消耗化学能3.7 eV，故B错误；用电压表直接连接电池的两极时，通过电池的电流并不为零，此时电池的路端电压U＝E－Ir＜E，即测得的电压小于3.7 V，故C错误。 2．某同学利用如图所示的电路来探究闭合电路中总电流与电源电动势的关系，其中定值电阻R1＝10 Ω、R2＝8 Ω，电源的内阻r＝2 Ω。当单刀双掷开关接1时电流表的示数为I1＝0.2 A；则当单刀双掷开关接2时，电流表的示数I2为(　　) A．0.24 A B．0.2 A C．0.18 A D．0.3 A 解析：选A。根据闭合电路的欧姆定律，当单刀双掷开关接1时，I1＝，当单刀双掷开关接2时，I2＝，代入数据，联立解得I2＝0.24 A。 3．酒精测试仪用于检测机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员是否饮酒，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。这种酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比。在如图所示的电路中，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　　 ) A．U越大，表示c越大，c与U成正比 B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比 C．U越大，表示c越小，c与U成反比 D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比 解析：选B。由闭合电路欧姆定律可得，电压表示数U＝R0，酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，即＝kc，整理得U＝R0，则U越大，表示c越大，但是c与U不成正比，故B正确，A、C、D错误。 4．如图甲所示为某款服务型机器人，它的直流电动机的额定电流为I，线圈电阻为r0，由电动势为E、内阻为r的直流电源供电，内部电路可简化为如图乙所示，定值电阻的阻值为R，电动机恰好能正常工作。则此时(　　) A．电动机两端的电压为Ir0 B．电动机的总功率为IE－I2(r＋R) C．电动机的输出功率为I2r0 D．电源的输出功率为IE 解析：选B。电动机两端的电压为U＝E－I(r＋R)，故A错误；电动机的额定功率为P＝UI＝IE－I2(r＋R)，故B正确；电动机的输出功率为P出＝P－P热＝IE－I2(r＋R)－I2r0，故C错误；电源的总功率为IE，内部的发热功率为I2r，所以电源的输出功率为P出′＝IE－I2r，故D错误。 5．(2024·四川南充检测)在如图所示的电路中，电源电动势E＝12 V，内阻r＝2 Ω，电阻R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，R3＝3 Ω。求： (1)若在C、D间连一个理想电压表，其读数是多少？ (2)若在C、D间连一个理想电流表，其读数是多少？ 解析：(1)若在C、D间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有 I1＝ A＝1 A 理想电压表读数为 UV＝I1R2＝6 V。 (2)若在C、D间连一个理想电流表，这时电阻R2与R3并联，并联电阻大小 R23＝ Ω＝2 Ω 根据闭合电路欧姆定律，有 I2＝ A＝1.5 A 理想电流表读数为 I′＝＝1 A。 答案：(1)6 V　(2)1 A 【综合提升题】 6．(多选)如图所示的电路中，电源的电动势为3.2 V，电阻R的阻值为30 Ω，小灯泡L的额定电压为3.0 V，额定功率为4.5 W，电压表为理想电表。当开关S接位置1时，电压表的读数为3 V，假如小灯泡电阻阻值不变，下列说法正确的是(　　 ) A．电源的内电阻为4 Ω B．小灯泡的电阻为2 Ω C．当开关S接到位置2时，小灯泡很暗 D．当开关S接到位置2时，小灯泡两端的电压为3 V 解析：选BC。当开关接1时，通过电阻R的电流I＝ A＝0.1 A，根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir，代入可得r＝2 Ω，故A错误；灯泡的额定电流IL＝＝1.5 A，电阻RL＝ Ω＝2 Ω，B正确；当开关接2时，灯泡电流IL′＝＝0.8 A，小于灯泡的额定电流，实际功率小于其额定功率，则灯泡L不能正常发光，会很暗，此时灯泡两端的电压为UL′＝IL′RL＝0.8×2 V＝1.6 V，故C正确，D错误。 7．如图所示，已知电阻R1＝R2＝R3＝1 Ω。当开关S闭合后，理想电压表的读数为1 V；当开关S断开后，理想电压表的读数为0.8 V，则电源的电动势等于(　　) A．1 V B．1.2 V C．2 V D．4 V 解析：选C。当S闭合时，I＝ A＝1 A，故有E＝I(1.5 Ω＋r)；当S断开时，I′＝＝0.8 A，故有E＝I′(2 Ω＋r)，联立解得E＝2 V，故C正确。 8．在如图所示的电路中，电阻R1＝12 Ω，R2＝8 Ω，R3＝4 Ω。当开关K断开时，电流表示数为0.25 A，当K闭合时，电流表示数为0.36 A，求： (1)开关K断开和闭合时的路端电压U及U′； (2)电源的电动势E和内阻r； (3)开关K断开时电源内阻产生的热功率Pr。 解析：(1)K断开时，根据欧姆定律可得U＝I(R2＋R3)＝3 V K闭合时，有U′＝I′R2＝2.88 V。 (2)K断开时，外电路总电阻为R＝＝6 Ω K闭合时，外电路总电阻为R′＝＝4.8 Ω 由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋r，E＝U′＋r 代入数据解得E＝3.6 V，r＝1.2 Ω。 (3)K断开时，有I总＝＝0.5 A 内阻产生的热功率为Pr＝I总2r＝0.3 W。 答案：(1)3 V　2.88 V　(2)3.6 V　1.2 Ω　(3)0.3 W 9．如图所示，这是一玩具起重机的电路示意图。电源电动势为6 V，内阻为0.5 Ω，电阻R＝2.5 Ω。当电动机以0.5 m/s的速度匀速向上提升一质量为320 g的物体时(不计一切摩擦阻力，g＝10 m/s2)，标有“3 V　0.6 W”的灯泡刚好正常发光。则电动机的内阻是多少？ 解析：灯泡正常发光时，两端的电压UL＝3 V 电流IL＝ A＝0.2 A 电动机与灯泡并联，所以其电压UM＝UL＝3 V 电阻R及电源内阻r的分压U＝E－UL＝3 V 根据欧姆定律可得，电路的总电流I＝ A＝1 A 流过电动机的电流IM＝I－IL＝0.8 A 而电动机的输出功率PM＝mgv＝UMIM－rM 代入数据解得，电动机的内阻rM＝1.25 Ω。 答案：1.25 Ω 【创新拔高题】 10．(多选)有一种测量体重的电子秤，其原理如图中虚线部分所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为0～3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是(　　 ) A．该秤能测量的最大体重是1 400 N B．该秤能测量的最大体重是1 300 N C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度线0.375 A处 D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度线0.400 A处 [创新空间]电路在传感器中的应用 传感器的基本部分一般由敏感元件和转换元件组成。敏感元件能直接“感受”外界的力、热、光、声等信息，转换元件是将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 解析：选AC。当电路中的电流为电流表量程的最大值，即电路中电流I＝3 A时，电子秤测量的体重最大，由闭合电路欧姆定律I＝得，R＝－r＝2 Ω，代入R的函数关系式可得最大体重是1 400 N，故A正确，B错误；空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得到电阻R′＝30 Ω，由闭合电路欧姆定律得I′＝＝0.375 A，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处，故C正确，D错误。 $$