12.2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（2019）必修第三册

2. 闭合电路的欧姆定律 第十二章 电能 能量守恒定律 目录 素养目标 01 课程导入 02 新课讲解 03 总结归纳 04 课堂练习 05 素养目标 1.知道电源内部有内阻，了解内电路和外电路的概念 2.知道电动势的概念，理解闭合电路的欧姆定律 3.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，会进行相关的电路分析和计算 思考与讨论：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？ 电动势 E r S 外电路 内电路 闭合电路 1.闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。 2.外电路：用电器和导线组成的电路是外电路。 3.内电路：电源内部是内电路。 认识闭合电路 　　在金属导体中，能够自由移动的电荷 是自由电子。但电流的方向为正电荷移动 的方向，根据右图，按正电荷的移动进行 讨论。 　　(1)内、外电路的电流方向是怎样的？ 　　内电路：由电源负极到电源正极；外电路：由电源正极到电源负极。 　　在金属导体中，能够自由移动的电荷 是自由电子。但电流的方向为正电荷移动 的方向，根据右图，按正电荷的移动进行 讨论。 　　(2)内、外电路的电场强度方向是怎 样的？ 　　内电路的电场强度：由正极指向负极；外电路：沿导线由正极指向负极；由高电势指向低电势。 　　在金属导体中，能够自由移动的电荷 是自由电子。但电流的方向为正电荷移动 的方向，根据右图，按正电荷的移动进行 讨论。 　　(3)沿电流方向的电势是怎样变化的？ 　　外电路沿电流方向电势降低，内电路沿电流方向电势升高。 　　在金属导体中，能够自由移动的电荷 是自由电子。但电流的方向为正电荷移动 的方向，根据右图，按正电荷的移动进行 讨论。 　　(4)正电荷在外电路、内电路中受到 的电场力做功的正负是怎样的？ 　　在外电路中，电场力做正功，电势能减少，电势能转化为其他形式的能；在内电路中，电场力做负功，电势能增加。 干电池 发电机 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； 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。 电源内部的非静电力是由什么提供的？ 水泵增加水的重力势能 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 水 流 A B 连 通 器 抽水机 + + + + 电源 _ _ _ _ + + + + + + + 正极 负极 类比探究 不同的水泵抽水的能力不同，当然不同的电源非静电力做功的本领也不同。那么，如何描述这种本领不同呢？ 1.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1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功 2.定义式： （W：非静电力做的功 q：电荷量） 3.单位： 伏特（V） 1 V=1 J/C 标量 4.物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能本领的大小 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 电动势 电动势与电压的区别 电压U 电动势E 物理意义 定义式 单位 联系 电场力做功，电能转化为其他形式的能 非静电力做功，其他形式的能转化为电能 W为电场力做的功 W为非静电力做的功 伏特（V） 电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差 闭合电路欧姆定律及其能量分析 1.部分电路欧姆定律 导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻 R 成反比。 2.闭合电路中的电势变化情况 （1）在外电路中，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，在外电路中，沿电流方向电势降低。 闭合电路欧姆定律及其能量分析 （2）在内电路中，电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。 如图将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，则内阻沿电流方向电势降低。 E r 内电路 电源与内阻 基于上节所学的焦耳定律及所学知识推导闭合电路的欧姆定律 问题 1：经时间 t，电源通过非静电力做功将多少其他形式能转化为电能？ W＝Eq ＝EIt 问题 2：经时间 t，电流通过外电阻R做功时将多少电能转化为内能？ 问题 3：经时间 t，电流通过内电阻r做功时又将多少电能转化为内能？ Q外 ＝ I2Rt W＝Q外 ＋Q内 Q内 ＝ I2rt EIt ＝ I2Rt ＋ I2rt E ＝ IR ＋ Ir 根据能量守恒定律，有 R S + - r E 化学能 电能 电场力做功 其他形式的能 设电源电动势为E，内阻为r，与一个负载连成闭合电路，负载两端电压为U1，电路中电流为I，通电时间为t 非静电力做功 根据能量守恒定律，有 闭合电路欧姆定律 2.闭合电路欧姆定律 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 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作路端电压 1.特点：在外电路中，电流由高电势流向低电势，在外电阻上沿电流方向电势降落；电源内部由负极到正极电势升高。 　　能利用闭合电路的欧姆定律解释课前的实验现象吗？ 　　依次闭合开关，并联的电灯越多，并联电路的总电阻越小，干路电流越大。由E=IR+Ir得U灯 =E-Ir，随着干路电流I的增大，U灯减小，灯的亮度变暗。 路端电压与负载的关系 路端电压与负载的关系 U外=E-Ir 根据E=U外+ U内 ，U内=Ir，则 你能解释之前实验中观察到的现象： 并联的小灯泡越多，单个小灯泡越暗了吗？ 外电路总电阻 路端电压：外电路的总电压，也就是伏特表并联在电源两端的读数。 把 U外 和 I 的关系式 U=E-Ir 变形为 U=(-r)I+E 与一次函数标准形式 y=kx+b 对比，发现了什么？ 根据 U-I 图像，当外电路断开时，路端电压是多少？当电源两端短路时，电流会是无穷大吗？这两种情况分别对应图上哪个点？ U-I 图像是一条直线， 斜率为-r，斜率的绝对值是电源内阻r y轴(U轴）上的截距为电源电动势E U=E-Ir E I1 O I U 断路电压U 短路电流 U=I1R U内=I1r r=0 ①当R减小时，I 增大，路端电压减小，当外电路短路时，R等于零，此时电路中的电流值最大， ，路端电压等于零 ②当R增大时，I 减小，路端电压增大，当R趋近于无穷大时，相当于外电路断路（外电路开路），此时电路中的电流等于零，U=E，即断路时路端电压等于电源电动势 ① 闭合电路 （1）外电路：电源外部的电路叫外电路，由用电器和导线组成，其总电阻称为外电阻R.外电路两端的电压称为外电压，通常也叫路端电压. （2）内电路：电源内部的电路叫内电路，其电阻称为内阻r. 电动势 （1）定义：在电源内部，非静电力所做的功W与所移动的电荷量q之比叫电动势. （2）定义式： （3）数值：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负极移动到正极所做的功. 电源之外的电路 1 2 不是决定式 （4）单位：伏特（V），简称伏. （5）物理意义：表示电源把其他形式的能转化为电能（非静电力做功）的本领大小. （6）特性：电源的电动势反映了电源的特性，由电源中非静电力的特性决定，与外电路无关. 闭合电路的欧姆定律 （1）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.这个结论叫作闭合电路的欧姆定律. （2）公式： （3）常用表达式： 与电势差（电压）的单位相同， 但电动势与电势差是两个不同的概念 3 适用于纯电阻电路 适用于所有电路 外电路断路 路端电压与负载的关系 （1）路端电压：路端电压时外电路的实际工作电压. （2）路端电压U与外电路电阻R的关系：路端电压随着外电路电阻的增大而增大. （3）关系式： 4 1.下面对电源电动势概念的认识正确的是(　　) A．电源电动势等于电源两极间的电压 B．在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和 C．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大 D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同 B 解析：电源电动势在数值上等于电路开路时电源正、负极间的电压，电路闭合时由于存在内电压，此时电源两极间的电压小于电源电动势，故A错误；在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和，故B正确；电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电荷量时，电源提供的电能越多，电动势越大，并不是电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大，因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C错误；电动势和电势差意义不同，电势差是表示把电能转化为其他形式的能的本领的物理量，故D错误。 2.将总电阻R0＝22 Ω的滑动变阻器按如图甲所示与电源相连，已知该电源的路端电压随外电阻变化的图线如图乙所示，电源正常工作时允许通过的最大电流为2 A。求： (1)电源的电动势和内电阻； (2)接到滑动变阻器A、B间的负载电阻的阻值R′的许可范围。 甲 乙 答案：（1）12 V 2 Ω 解析：该题考查闭合电路的应用，解题的关键是正确地利用图像。 (1)闭合电路中路端电压为U＝IR＝ ＝ ，由此可见：①当负载电阻R趋向于无穷大时， 趋向零，路端电压趋向于电源电动势E；②当R＝r 时，路端电压U＝ 。根据上述结论，分析图像，可知电源电动势E＝12 V，电源内电阻r＝2 Ω。 答案：（2）R′ ≥ 4.9 Ω 解析：(2)电源允许通过的最大电流值是2 A，内电压的最大值是4 V，外电压的最小值是8 V，所以电源的外电阻必须大于或等于4 Ω。当滑动变阻器的滑动触头c处在a端时，外电阻最小，此时，负载电阻R′与R0并联为电源的外电阻，应有 ≥4 Ω，由此可以求得负载电阻的阻值的最小值，R′ ≥ Ω ≈ 4.9 Ω。 3.(多选)如图所示为某一电源的U­I 图线，由图可知(　　) A．电源电动势为2 V B．电源内电阻为 Ω C．外电路短路时，电流为6 A D．电路的路端电压为1 V时，电流为5 A AD 答案：AD 解析：由U­I 图线知，电源的电动势E＝2 V，A正确；r＝ ＝ Ω＝0.2 Ω，B错误；当U＝1 V时，I＝ A＝5 A，D正确；当路端电压为零时，对应的电流才是短路电流，由U­I图像知当电流为6 A时，路端电压为0.8 V，C错误。 4.如图所示，电源的电动势和内阻分别为 E 和 r，在滑动变阻器的滑片P由a向b缓慢移动的过程中，下列说法正确的是( ) A.电路的总电阻先减小后增大 B.电源的总功率先增大后减小 C.电容器所带电荷量先减少后增多 D.电源的效率先减小后增大 C 答案：C 解析：A.滑动变阻器Pa段与Pb段并联，然后 与电源串联，滑片从a向b缓慢移动的过程中，电路的总电阻先增大后减小，故A错误； B.由闭合电路欧姆定律可知干路中的电流先减小后增大，因此电源总功率 先减小后增大，故B错误； C. 两端的电压先减小后增大，它与电容器并联，根据 可知电容器所带电荷量先减少后增多，故C正确； D.电源的效率 滑片从a向b缓慢移动的过程中，路端电压为 由于I先减小后增大，因此U先增大后减小，可知电源效率先增大后减小，故D错误。 谢谢观看 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$