12.2闭合电路的欧姆定律 课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第2节 闭合电路欧姆定律 第十二章 人教版 高中物理必修三 新知引入 图中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。如何解释这一现象呢？ 为解释以上实验现象，我们需要进一步学习相关电路的知识。了解什么是闭合电路？什么是外电路？什么是内电路？ 新知引入 闭合电路 由导线电源和用电器连成的电路叫做闭合电路 用电器和导线组成外电路 电源内部是内电路 问题探究 1.电源外部，正电荷将怎样移动？ 2.电源内部，正电荷将怎样移动？ 3.电源内部的正电荷受到电场力方向？电场力做正功还是负功？ 4.什么力来克服电场力做功？ 从正极到负极 从负极到正极 从正极指向负极 负功 必然存在与静电力方向相反的力作用于电荷，这种力叫作非静电力 + + + + 电源 _ _ _ _ + + + + + + + 正极 负极 非静电力 非静电力是在电源内部把正电荷从负极搬到正极的力 水流 水泵 　　如图，为了维持水的循环流动，水泵克服重力对水的做功，把其他形式的能转换成水的重力势能。 　　为了维持电流的稳定，电源把外电路流到负极的正电荷，通过非静电力移动到正极，电荷电势能增加。 从能量转化角度来看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化成电势能的装置。 不同的电源非静力做功的本领不同,使单位正电荷所增加的电势能不同。 电动势 新知讲解 一、电动势 1.物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量 2.定义：非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟被搬运的 电荷量的比值。 (数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。) 3.定义式： （W：非静电力做的功 q：电荷量） 4.单位： 伏特（V） 1 V=1 J/C 标量 5.特点：由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积和外电路均无关 太阳能电池 干电池 铅蓄电池 锂电池 6.生活中常见的电池 你了解电池吗 ？ （3）电池的容量:电池放电时能输出的总电荷量。 单位：安·时(A·h) 毫安·时(mA·h) （1）电源的电动势E。 （2）电源的内阻:电源的内部也是由导体组成的，所以也有电阻,用符号r表示。 7.电源的三个重要参数 思考：电源的电动势与电压一样吗？ 电压U 电动势E 物理意义 电场力做功，电能转化为其他形式的能的本领，表征电场的性质 非静电力做功，其他形式的能转化为电能的本领，表征电源的性质 定义式 U＝W/q，W为电场力做的功 E＝W/q，W为非静电力做的功 单位 伏特(V) 伏特(V) 联系 电动势等于电源未接入电路时两极间的电压值 8.电动势与电压的区别与联系 二、闭合电路欧姆定律及其能量分析 部分电路的电流 r E R S I I R U 实际的电源可分解成不计内阻的理想电源和一个内阻两部分 闭合回路的电流 在外电路中，电流方向由正极流向负极。 在内电路中，非静电力做功使正电荷由负极移到正极，电流方向由负极流向正极。 内、外电路中的总电流是相同的。 1.电路中的电流： 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，电路中正电荷的定向移动方向就是电流的方向，所以，在外电路中，沿电流方向电势降低 外电路 内电路 E r R (外电路电阻称为外电阻，用R表示； 内电路电阻称为内电阻，简称内阻，用r表示；) 我们将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，这个电阻的电势也会沿电流方向降低 思考 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跟电源电动势E及内阻r、外电路电阻R之间会有怎样的关系呢？ 2.电路中的电势变化 问题探究 r E R s I W非静电力=qE=EIt 1.合上开关，电路中有电流的同时伴随能量的转化，在时间t内，有多少化学能转化为电能？ 3.电流流经内电阻r时，在时间t内转化的内能？ 2.电流流经外电阻R时，在时间t内转化的内能？ 外电路产生电热为：Q外=I2Rt 内电路产生电热为：Q内=I2rt 以上各能量之间有什么关系？ 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的能的总和。 r E R s I W=Q外+Q内 IEt=I2Rt+I2rt E=IR+Ir 闭合电路中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，这个结论叫作闭合电路欧姆定律。 适用范围：外电路为纯电阻的电路 3.闭合电路的欧姆定律 B D A C E=IR+Ir A B C D R E , r U外=IR是外电路上总的电势降落； U内=Ir是内电路上总的电势降落； E=U外+U内 电源电动势等于内外电路电势降落之和。 内电压 外电压 4.闭合电路中的几种表示形式 表达式 物理意义 适用条件 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＋Ir ② 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＋I2rt ④ W＝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 5.闭合电路的欧姆定律 新知讲解 三、路端电压与负载的关系 　　为什么相同规格的小灯泡，电源也相同，单独一个比多个并联明显要亮。 问题回顾 负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化。 E、r s R1 A V R0 负载 外电路中的用电器叫负载， 外电路的电势降落叫路端电压。 U＝E－Ir 由E=U外+U内知 1.路端电压与负载的关系 问题探究 问题1.当E、r一定，外电阻R变小时，电流I如何变化？ 问题2.路端电压U如何变化？ 电流I变大 路端电压U变小 U＝E－Ir 2.规律特点 当E、r一定，外电阻R变小时，电流 I 增大，路端电压U减小。 反之，当外电阻R变大时，电流I变小，路端电压U变大。 电路中电源电动势E和内阻r是一定的，根据“越并越小”，可知路端总电阻减少。 根据 可知，电流增加。 再根据U=E－Ir 可知，路端电压减少，所以变暗。 2.两种特殊电路 A B （2）短路(R=0) A B （1）断路(R→∞ ) 外电路断路时: 外电路短路时: 一般不允许外电路短路 提问 外电路断路和短路时，电流I和路端电压U如何？ 3.路端电压与电流的关系图像 (1)图像的函数表达式 U I O E I短 θ 路端电压U随电流I变化的图像 思考：当外电路断开时，路端电压是多少？ 电源两端短路时，电流会是无穷大吗？ 电流I=0 外电阻 R＝0 U＝E I＝ 通常情况下电源的内阻 r 一般都很小，短路时电流会很大。电流过大，会导致温度过高，烧坏电源，甚至引起火灾。 3.电源的外部特性曲线 ②在横轴上的截距表示电源的短路电流 ③图像斜率的绝对值表示电源的内阻， 内阻越大，图线倾斜得越厉害。 ①在纵轴上的截距表示电源的电动势E。 (2)图像的物理意义 U I O E I短 θ 断路 短路 r=0 四、欧姆表的原理 欧姆表电路 红进黑出 1．构造：由表头(G)、电源和调零电阻(R)三部分组成。 电表内阻： 外电阻为待测电阻：Rx R内＝Rg＋R＋r 2．测量原理：闭合电路的欧姆定律。 测量未知电阻的原理是什么？ 课 堂 小 结 $$