4.2闭合电路的欧姆定律 课件-2024-2025学年高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

第二节　闭合电路的欧姆定律 第四章　闭合电路 1 理解电动势的概念，知道电动势是描述非静电力做功本领的物理量 2 了解外电路、内电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和 3 理解闭合电路的欧姆定律，掌握其表达式 重点 重难点 4 会分析路端电压与负载的关系 重点 电动势 一 1.电路 (1)闭合电路：用导线把_____、用电器连成的电路叫闭合电路。 (2)外电路和外阻：电源_____的电路叫作外电路，外电路上的电阻称为外电阻。 (3)内电路和内阻：电源_____的电路叫作内电路，内电路上的电阻称为内阻。 (4)电流方向：在外电路中，电流由电势高的_____流向电势低的_____；在内电路中，电流从电势低的_____流向电势高的_____。 电源 外部 内部 正极 负极 负极 正极 外电路 内电路 内电路 S R + - R S + - r E 内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。 如图所示，在外电路中，正电荷由电源正极流向负极。电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把来到负极的正电荷经过电源内部不断地搬运到正极。那么，电源的这种能力是怎么来的呢？ r E R S 抽水机增加水的重力势能 电源增加电荷的电势能 水泵抽水靠的是非重力 电源移动电荷靠的是非静电力F 电源把正电荷从负极搬运到正极的力。 + + + + 电源 _ _ _ _ + + + + + + + 正极 负极 F 从能量转化的角度看，电源是通过_________做功将其他形式的能______ ___________。 非静电力 转化为 电能的装置 7 　　干电池 发电机 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。 在干电池中，非静电力是化学作用， 它使化学能转化为电势能。 8 电动势 (1)定义在电源内部，非静电力移动电荷，增加电荷的电势能。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)公式：E＝_____。 (3)单位：_____，符号为V。 (4)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小。电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从_____移送到_____所做的功。 伏特 负极 正极 9 (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)E＝ 只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定。(　　) (3)一节1.5 V的5号干电池和一节1.5 V的7号干电池把其他形式的能转化为电能的本领一样大。(　　) (4)电动势定义式E＝ 中的W与电压U＝ 中的W是同种性质力所做的功。(　　) (5)电动势跟电源的体积无关，外电路变化时，电动势也变化。(　　) × √ √ × × 易错辨析 1.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的化学能转变为电能 B.电源将1 C的正电荷从负极移至正极的过程中，2 J的化学能转变为电能 C.铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变为电能 D.铅蓄电池比一节干电池(电动势为1.5 V)的体积大，故电动势大 √ 例题 研究闭合电路欧姆定律 二 闭合电路电势变化情况 1.在外电路中，沿电流方向电势降低。 2. 在内电路中，一方面，存在内阻，沿电流方向电势也降低；另一方面，沿电流方向存在电势“跃升”(BC 和DA为化学反应层)。 A C D Ir 内阻上 电势降低 B 电势突升 电势突升 内阻上电势降低，电源内部由负极到正极电势升高 稀硫酸 Cu片 Zn片 V1 探针 V2 A 实验探究 探究电动势E与内电路电压U内和外电路电压U外间的关系 实验过程 1 2 3 4 5 6 序号 1 2 3 4 5 6 电流 I/ mA 8 12 17 20 25 30 电压U外/ V 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 电压U内/ V 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 U外+ U内 / V 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 E= U外+ U内 数据处理 E=U外+U内 电源电动势 E 等于内外电路电压之和 实验结论 r E R s I E=IR+Ir (1)内容：内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。 (2)公式： ② E = U外+ U内 ① 闭合电路的欧姆定律 电源的电动势等于内、外电路电势降落之和. ③ E＝IR＋Ir ④ U外=E-Ir 外电路两端的电压叫做路端电压 若外电路含有电动机，消耗的电能与整个回路生成的热能还相等吗？闭 合电路的欧姆定律I＝ 还成立吗？ 讨论与交流 2.小明坐汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路图如图所示，已知汽车电源电动势为12.5 V，内阻为0.05 Ω，车灯接通、电动机未启动时，电流表示数为10 A，电动机启动的瞬时，电流表示数达到60 A，求： (1)车灯的电阻； 答案　 (1) 1.2 Ω (2) 9.5 V (3) 不能 　 (2)电动机启动时，车灯两端的电压； (3)根据题给数据可以求出电动机线圈阻值吗？ 例题 (1) S1断开，I＝10 A RL＝(1.25－0.05) Ω＝1.2 Ω (2) U内＝Ir＝60×0.05 V＝3 V UL＝E－U内＝(12.5－3) V＝9.5 V 闭合电路欧姆定律的表达形式有： ①E＝U外＋U内＝U外＋Ir(电压形式) ②I＝ (电流形式) 需注意的是电压形式适用于任何电路，而电流形式只适用于外电路为纯电阻的电路。 归纳总结 3.(2023·清远市高二期末)如图所示，R3＝0.5 Ω，S断开时，两表读数分别为0.8 A和4.8 V，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)R1、R2的阻值； 答案　 (1)6 Ω　6 Ω (1) 5.6 V　0.5 Ω　 (2)电源的电动势和内阻。 例题 解得R2＝6 Ω (2)当S断开时，由欧姆定律得E＝I1(R3＋r)＋U1 当S闭合时E＝I2(R3＋r)＋U2 解得E＝5.6 V，r＝0.5 Ω。 闭合电路问题的求解方法 1.分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流。 2.部分电路的欧姆定律应用于某部分电路，闭合电路的欧姆定律应用于全电路，研究对象不同，应加以区分。 3.开关断开、闭合对应于电路的两种形式，可列两个方程，要加强方程的思想。 归纳总结 路端电压与负载的关系 三 如何解释这一现象呢？ 1.在如图所示的电路中，电源的电动势E＝10 V，内电阻r＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压。通过数据计算，你发现了怎样的规律？ 路端压分别为7.5 V、8 V、9 V。随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大。 2.根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式，并画出U－I图像。 由E＝U＋U内及U内＝Ir得U＝E－Ir，U－I图像如图所示。 1.对纯电阻电路： U外＝IR＝E－Ir (1)当外电阻R增大时，据可知， 电流I减小，可知，增大。 (2)当外电阻R减小时，据可知，电流I增大，可知，减小。 结论：路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小。 2.路端电压U外与外电阻R的关系： A V 依据路端电压与电流的函数关系式，分析U－I关系图像的斜率大小及截距的物理意义。 答案　纵轴截距表示电源的电动势 讨论与交流 4.(多选)(2024·佛山市高二期中)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下列结论正确的是 A.电源的电动势为6.0 V B.电源的内阻为12 Ω C.电源的短路电流为0.5 A D.电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω √ √ 例题 5.如图所示，甲图中变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示。不考虑电表对电路的影响。 (1)电压表V1、V2的示数随电流表 示数的变化图像应分别为U－I图 像中的哪一条直线？ 答案　 (1) AC　BC (2) 3 Ω　12 Ω (3) 8 V　1 Ω 　 (2)定值电阻R0、变阻器的总电阻R分别为多少？ (3)求出电源的电动势和内阻。 (1)当变阻器的滑片向左移动时，变阻器接入电路的电阻减小，电路中电流增大，定值电阻R0的电压增大，路端电压减小，由题图乙分析可得 V1对应AC、 V2对应BC。 当滑动变阻器接入电路的电阻取最大值时，电流最小Imin＝0.5 A，而UR＝U2－U1＝7.5 V－1.5 V＝6 V 所以E＝U2＋Ir＝7.5 V＋0.5×1 V＝8 V。 闭合电路的欧姆定律 定义式： 意义：反映电源把其他形式的 能转化为电能本领的大小 实验 一、电动势 E=U外+ U内 二、研究闭合电路欧姆定律 三、路端电压与负载的关系 结论： 铅蓄电池的电动势为2 V，表示非静电力将1 C的正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功为2 J，即2 J的化学能转变为电能，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，与二者的体积大小无关，故D错误。 由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir得U＝E－Ir，可知该电源的U－I图像纵轴截距为电源的电动势，即E＝6.0 V，故A正确； BENKEJIESHU 本课结束 答案　若外电路含有电动机，电动机主要对外做功，电能主要转化为其他形式的能，生热只是一部分，故消耗的电能大于生成的热能，故EIt>I2Rt＋I2rt，I<，故闭合电路欧姆定律I＝不成立。 得RL＋r＝＝ Ω＝1.25 Ω (3)不能。虽然电动机两端电压UM为9.5 V，通过电动机的电流IM＝60 A－ A≈52 A，但电动机主要对外做功，IM<，故计算不出RM。 根据闭合电路欧姆定律得I＝ 当S闭合时R并＝＝3 Ω 根据并联电阻的特点得R并＝ (1)当S断开时R1＝＝6 Ω Lavf58.20.100 斜率的大小表示内阻，即k＝＝＝r。 横轴截距表示短路电流I短＝ 所以Rmax＝＝ Ω＝12 Ω (3)因为U2＝E－Ir，则内阻r＝＝ Ω＝1 Ω (2)由题意得R0＝＝ Ω＝3 Ω 由闭合电路的欧姆定律可得电流I＝0.3 A时，外电阻R＝－r＝18 Ω，故D正确。 由于横轴对应的路端电压不等于零，故横轴截 距0.5 A并不是电源的短路电流。内阻应按斜率的绝对值计算，即r＝＝ Ω＝2 Ω，故B、C错误； $$