2.6 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第6节　电源的电动势和内阻　闭合电路欧姆定律 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.理解电动势的概念。 2．了解内、外电路，理解闭合电路的欧姆定律。 　　经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程，理解内、外电路的能量转化，体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。 1.理解闭合电路欧姆定律，通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用。 2．能根据闭合电路欧姆定律解释路端电压与负载的关系。 一、电源　电动势和内电阻 1．闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。 2．非静电力：在电源内部把正电荷从负极搬运到正极的力。 3．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。 4．电动势 (1)物理意义：表征电源把其他形式的能转化为电能的本领。 (2)定义：非静电力在电源内部将正电荷从电源负极移到正极所做的功W非与电荷量q的比。 (3)定义式：E＝。 (4)单位：伏特，符号是V。 (5)内电阻：电源内电路中的电阻。 二、闭合电路欧姆定律 1．部分电路欧姆定律：I＝。 2．闭合电路中的能量转化：如图所示，A为电源正极，B为电源负极，电路中电流为I，在时间t内非静电力做功等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即EIt＝I2Rt＋I2rt。 3．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＝。 (3)常见的变形公式：E＝U外＋U内。 E＝U外＋Ir(电源断路时，即I＝0时，路端电压(外电路电压)等于电源电动势)。 E＝IR＋Ir(只适用于纯电阻电路)。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)外电阻变化可以引起内电压的变化，从而引起内阻的变化。(　　×　　) (2)E＝U＋Ir适用于任何电路。(　　√　　) (3)在闭合电路中，外电阻越大，路端电压越大。(　　√　　) (4)外电路短路时，电路中的电流无穷大。(　　×　　) (5)电源断路时，电流为零，所以路端电压也为零。(　　×　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 探究点一___电动势 电路中若要有持续的电流，电源正、负极需要始终存在电势差，即电源要不断地将正电荷由负极搬运到正极。观察下图分析： [问题设计] (1)正电荷在电源内部受到的静电力指向哪个方向？ (2)使正电荷由负极移动到正极的力是不是静电力？ 提示：(1)正电荷在电源内部受到的静电力指向电源的负极。 (2)不是静电力。 1．静电力与非静电力做功的比较 (1)非静电力只存在于电源内部，因此非静电力只在电源内部对电荷做功。通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能。 (2)静电力存在于整个闭合电路上，所以在电路中任何部位静电力都要做功。静电力做功将电能转化为其他形式的能。 2．电动势 (1)物理意义：电源的电动势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，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，做功本领越强，则电动势越大。 (2)公式：E＝。 单位：伏特，简称伏，符号：V。 (3)E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同，同种类型的电源电动势相同，例如干电池的电动势均为1.5 V。 (4)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。某电源的电动势为1 V的物理意义：该电源能使1库伦的电荷具有1焦耳的电能。 3．电动势与电压的区别 电动势表征电源将其他形式的能转化为电能的本领，电压表征将电能转化为其他形式能的本领，两者的单位相同。 【例1】 有一铅蓄电池，在其内部将2×10－5 C的电子从正极移到负极需要3×10－2 s的时间，此过程中非静电力做功为4×10－5 J，则该铅蓄电池的电动势是多少？给一小灯泡供电，供电电流是0.2 A，供电10 min，非静电力做功是多少？ 答案：2 V　240 J 解析：铅蓄电池的电动势E＝＝ V＝2 V 非静电力做功W＝EIt＝2×0.2×10×60 J＝240 J。 [练1] 下列有关电动势的说法正确的是(　　) A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比 B．电动势的单位跟电压的单位相同，所以电动势就是电源两极间的电压 C．非静电力做的功越多电动势越大 D．电动势的大小由电源内非静电力的特性决定 D　解析：关系式E＝不是电动势的决定式，不能说E和W成正比，和q成反比，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定，A错误，D正确；虽然电动势的单位跟电压的单位一致，但电动势是和非静电力做的功所对应的物理量，而电压是和静电力做的功所对应的物理量，B错误；非静电力做的功多，且移动电荷的电荷量很大时，电动势不一定大，C错误。 探究点二___闭合电路欧姆定律的表达式_ 按图所示连接电路，逐次闭合开关，观察随着点亮灯泡个数的增加，灯泡亮度有什么变化。 [问题设计] (1)想一想，小灯泡亮度变化的原因可能是什么？ (2)注意电压表的示数有什么变化，电源两极间的电压是恒定的吗？你能推测电压表示数变化的原因吗？ 提示：(1)小灯泡两端的电压发生了变化。 (2)电源内部有电阻。 1．闭合电路欧姆定律 如图所示的闭合电路中，电源电动势为E、内阻为r，外电路电阻为R，当开关闭合时，有电流I通过，内部电势降为Ir，这时路端电压U小于电动势E，它们满足的关系是U＝E－Ir。在外电路只有电阻元件的情况下，通过电路的电流I＝，代入上式整理后可得到I＝。 2．闭合电路欧姆定律的表达形式 表达式 物理意义 适用条件 I＝ 电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比 纯电阻电路　 E＝I(R＋r)① E＝U外＋Ir② E＝U外＋U内③ 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和 ①式适用于纯电阻电路；②③式普遍适用 EIt＝I2Rt＋I2rt④ W非静电力＝W外＋W内⑤ 电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和 ④式适用于纯电阻电路，⑤式普遍适用 【例2】 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。 答案：(1)5 Ω　(2)6 V　1 Ω 解析：(1)当开关S接b点时，已知通过电阻R的电流和R两端的电压，由欧姆定律求出电阻R的值R＝＝5 Ω。 (2)由公式P＝UI得，小灯泡的额定电流： I1＝＝2 A 当开关接a时，根据闭合电路欧姆定律得： E＝U1＋I1r 其中U1＝4 V， 当开关接b时，有：E＝U2＋I2r 又U2＝5 V，I2＝1 A。 联立解得：E＝6 V，r＝1 Ω。 [练2] 如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A；当S断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势及内阻。 答案：2 V　1 Ω 解析：由题意可得，当S断开时，电压表示数增大为1.7 V，电流表示数减小为0.3 A。 由闭合电路的欧姆定律得： E＝U1＋I1r① E＝U2＋I2r② 联立①②式得：r＝＝1 Ω 代入①式得E＝2 V， 故电源的电动势为2 V，内阻为1 Ω。 探究点三___电源的U－I图像 1．路端电压与电流的关系 (1)公式：U＝E－Ir。 (2)图像(U－I图像)：如图所示，是一条倾斜的直线，该线与纵轴交点的纵坐标表示电动势大小。斜率的绝对值表示电源内阻的大小。 2．路端电压随外电阻的变化规律 (1)外电阻R增大时，总电流I减小，内电压减小，外电压U增大。 (2)外电阻R减小时，电流I增大，内电压增大，外电压U减小。 3．两种特殊情况 (1)当外电路断路时，外电阻R为无穷大，I＝0，可得U＝E，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。 (2)当外电路短路时，外电阻R＝0，此时电路中的电流最大，称为短路电流，即I＝，路端电压为0。 【例3】 (多选)如图所示为某一电源的U－I图像，由图可知(　　) A.电源电动势为2 V B．电源内阻为 Ω C．电源短路时电流为6 A D．电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 A AD　解析：根据U＝E－Ir，并结合图像可知E＝2.0 V，r＝ Ω＝0.2 Ω，A符合题意，B不符合题意；电源短路时电流为I＝＝10 A，C不符合题意；路端电压为1 V时，电路中的电流I＝＝5 A，D符合题意。 [练3] 电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是(　　) A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变 B．因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大 C．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小 D．若外电路断开，则路端电压为零 C　解析：路端电压U＝IR＝E－Ir，因为I增大时，R变化，所以不能用U＝IR判断路端电压的变化情况，根据U＝E－Ir可知，当I增大时，路端电压减小，所以选项A、B错误，C正确；当外电路断开时，路端电压为E，选项D错误。 1．关于电源的电动势，下列说法正确的是(　　) A．电源电动势的大小等于电源没有接入电路时两极间的电压的大小，所以当电源接入电路时，电动势的大小将发生变化 B．电路闭合时，并联在电源两端的电压表的示数就是电源电动势的值 C．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量 D．在闭合电路中，电动势等于内、外电路上电压之和，所以电动势实际上就是电压。 C　解析：电源没有接入电路时两极间的电压在数值上等于电源的电动势。电源接入电路时两极间的电压在数值上小于电源的电动势。但电动势由电源本身决定，与外电路无关，A错误。闭合电路中，并联在电源两端的电压表的示数表示路端电压大小，因为有内阻的分压，B错误。电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，C正确。电动势指电源把其它形式能转化为电能本领大小的物理量，而电压是指用电器把电能转化为其它形式能的本领大小的物理量，在闭合电路中，虽然电动势等于内外电压之和，但二者不能混为一谈，D错误。 2．(多选)对于电动势的定义式E＝的理解，正确的是(　　) A．E与W成正比 B．E与q成反比 C．E的大小与W、q无关 D．W表示非静电力做的功 CD　解析：E＝是电动势的定义式，E由电源本身决定，与W、 q无关；其中W指非静电力做功。 3．如图所示的电路中，把R由2 Ω改变为6 Ω时，电流减小为原来的一半，则电源的内电阻应为(　　) A．4 Ω B．8 Ω C．6 Ω D．2 Ω D　解析：设电源的内阻为r，则根据欧姆闭合电路定律，得 I1＝ ① I2＝ ② 由①∶②得 2(R1＋r)＝R2＋ r 代入解得r＝2 Ω 4．飞行器在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量。有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA。若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是(　　) A．0.1 V B．0.2 V C．0.3 V D．0.4 V D　解析：电源没有接入外电路时，路端电压值等于电源电动势，所以电动势E＝800 mV，由闭合电路欧姆定律得，短路电流I短＝ 所以电源内阻r＝＝ Ω＝20 Ω 该电源与20 Ω的电阻连成闭合电路时，电路中电流I＝＝ mA＝20 mA， 所以路端电压U＝IR＝400 mV＝0.4 V，D正确。 5．如图所示，把两个电源的U－I关系曲线取相同的坐标，画在同一坐标系中，由图像可得出的正确结论是(　　) A．E1＝E2，内电阻r1>r2 B．E1＝E2，发生短路时I1>I2 C．E1<E2，内电阻r1>r2 D．E1<E2，发生短路时I1>I2 B　解析：根据闭合电路的欧姆定律可得：U＝E－Ir，电源的U－I关系曲线的纵截距表示电动势，则E1＝E2；电源的U－I关系曲线的斜率绝对值表示电源的内阻，则r1<r2；电源的短路电流I短＝，则发生短路时I1> I2，B正确。 [课时梯级训练(18)见P168] 学科网（北京）股份有限公司 $$