12.2.1 闭合电路的欧姆定律 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十二章　电能　能量守恒定律 闭合电路的欧姆定律 1 理解电动势的概念。 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 理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式。 重点 重难点 电动势 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。 由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。闭合电路包括外电路和内电路。 观察与思考 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？ E R S 观察与思考 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 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。 电源把正电荷从负极搬运到正极的力。 + + + + 电源 _ _ _ _ + + + + + + + 正极 负极 F 观察与思考 6 升降机提升小鸭重力势能，类比电源内部，提升电荷的电势能 滑梯释放小鸭重力势能，类比电源外部，释放电荷的电势能 观察与思考 　　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。 观察与思考 8 电动势 (1)定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移动的电荷量q的比值叫电源的电动势。 (2)定义式：E＝ 。 (3)单位： 伏特(V)，1 V＝1 J/C。 (4)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小。 (5)电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路也无关。 9 1.日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样，有的标有“3.7 V”字样。 非静电力做功：W非＝q1U1＝7.5 J，电势能增加了7.5 J； 非静电力做功：W非′＝q2U2＝7.4 J，电势能增加了7.4 J； 标有“1.5V”干电池 标有“3.7V”手机电池 (1)如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，该电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢？ 思考与讨论 假设移动同样的电荷如2 C，1.5 V干电池中非静电力做功为3.0 J，3.7 V手机电池中非静电力做功为7.4 J，说明手机电池把其他形式能转化为电能的本领大。 标有“1.5V”干电池 标有“3.7V”手机电池 (2)以上哪个电池把其他形式能转化为电能的本领大？ 思考与讨论 (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)电动势定义式E=中的W与电压U=中的W是同种性质力所做的功。 (　　) (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)外电路变化时，电动势也变化。(　　) × × √ × 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 闭合电路欧姆定律及其能量分析 在内电路中 R S r E E U内 U外 闭合电路电势变化情况 E U内 U外 (1)非静电力做功使自由电荷电势升高电动势E ； (2)存在内阻，沿着电流方向电势降低U内。 在外电路中，存在外阻R，沿电流方向电势降低U外. 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 跟电源的电动势E及内阻r、外电阻R之间会有怎样的关系呢？ 观察与思考 1.闭合电路中的能量转化 (1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝EIt。 (2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝I2Rt。内电路转化的内能为Q内＝I2rt。 (3)根据能量守恒定律，非静电力做的功W＝Q外＋Q内，即EIt＝I2Rt＋I2rt， E＝IR＋Ir，进一步得：I＝ 。 观察与思考 17 （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 2.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 观察与思考 　2.(2024·湖南平江县第三中学高二联考)如图，已知电阻R=2.0 Ω，电源内阻r=1.0 Ω，闭合开关S后，电压表示数为2.00 V。 则电源电动势E为 A.1.0 V B.2.0 V C.3.0 V D.6.0 V √ 例题 　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； (2)电源的电动势和内阻。 答案　(1)6 Ω　6 Ω　(2) 5.6 V　0.5 Ω 例题 (1)当S断开时R1==6 Ω；当S闭合时R并==3 Ω 根据并联电阻的特点得R并= 解得R2=6 Ω (2)当S断开时，由闭合电路欧姆定律得 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。 　4.(2024·郴州市高二期中)如图所示，电源电动势E=6 V，小灯泡L的规格为“3 V　0.9 W”，开关S接1，当滑动变阻器调到R=8 Ω时，小灯泡L正常发光，现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作，已知电动机的线圈电阻R0=2 Ω。求： (1)电源内阻； (2)电动机效率。 答案　(1)2 Ω　(2) 75% 例题 (1)小灯泡正常发光时的电阻为 RL==10 Ω 流过小灯泡的电流I==0.3 A 当开关S接1时R总==20 Ω 电源内阻为r=R总-RL-R=2 Ω (2)当开关S接2时，灯泡正常发光，电路中的电流与开关S接1时的电流相同，所以电动机的正常工作电压U机=E-I(RL+r)=2.4 V 电动机的输入功率P入=U机I=0.72 W 而电动机的热功率P热=I2R0=0.18 W 则电动机输出的机械功率 P机出=P入-P热=0.54 W 电动机的效率 η机=×100%=×100%=75%。 闭合电路的欧姆定律(一) 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 能量转化： 电压关系： 电流关系： 一、电动势 W= Q外+ Q内 E=U外+ U内 二、闭合电路欧姆定律 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。 根据欧姆定律可得回路中的电流为I==1 A 根据闭合电路欧姆定律可得E=I(R+r)=3.0 V。 Keep Thinking! eq \f(W,q) 说明　I＝eq \f(E,R＋r)、E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。 eq \f(E,R＋r) $$