10.5 闭合电路欧姆定律、电源电动势及内阻（教学课件）物理沪科版必修第三册

10.5 闭合电路欧姆定律、电源电动势及内阻 第十章 电路及其应用 作者：徐圣钦 微信：894665727 高中物理必修第三册•沪科版 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解电动势的物理意义，掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式及适用条件，建立全电路能量守恒的核心观念。 02 科学思维 通过能量守恒演绎推导闭合电路欧姆定律，训练逻辑推理能力；通过路端电压与负载关系的U-I图像分析，提升模型建构与数形结合能力。 03 科学探究 能完成可调内阻电池验证闭合电路欧姆定律的实验，掌握电源电动势与内阻测量的3种核心方法（伏安法/伏阻法/安阻法），学会用图像法处理实验数据、分析误差。 04 科学态度与责任 了解闭合电路欧姆定律在新能源汽车电源管理、航天供电系统中的应用，掌握短路用电风险的物理原理，树立安全用电意识。 作者：徐圣钦 微信:894665727 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 闭合电路欧姆定律的推导及两种表达式的物理意义： 2. 路端电压与负载的关系、电源电动势与内阻测量的实验原理 1：电动势概念中“非静电力”的抽象理解 2：非纯电阻电路下定律的适用条件辨析 3：实验数据的U-I图像解读与误差分析 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂引入 【自主活动】制作一个水果电池，看能否点亮小灯泡：将一片锌片和一片铜片插入柠檬中，用多用电表测量这节电池两端的电压；再将一个标有“1.5V，0.3A”的小灯与它连接构成回路。奇怪的是，小灯不仅没有发光，而且此时再测量电池两端的电压，电压几乎全部“消失”了！若再取走小灯，水果电池两端的电压又会恢复。这是为什么？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 闭合回路 闭合电路（全电路）：由电源、用电器和导线组成的完整回路叫作闭合电路。电源外部的电路叫作外电路，电源内部的电路叫作内电路。 外电路对电流的阻碍作用叫作外电阻，用 R 表示；内电路对电流的阻碍作用叫作内电阻（简称内阻），用 r 表示。 外电路两端的电压叫作外电压（U外），也叫端电压；内电路两端的电压叫作内电压（U内）。 作者：徐圣钦 微信:894665727 知识点1 电动势 电动势 - - 外电路 内电路 外电路中，电流做功，电荷电势能减小，电能转化为其他形式能 内电路中，电荷电势能增加，什么力做功？是什么能转化为电能？ 在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷才行。我们把这种力叫作非静电力。联系化学的原电池相关知识，讨论电池中的非静电力是什么力？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 电动势 电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 这些电池有什么区别？供电本领一样吗？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 电动势 电动势 1. 非静电力所做的功与所移动的电荷量之比 2.公式： 3.物理意义：描述电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小。 2.电动势的单位：伏特（V） 3. 按照国家标准，电动势也用字母E表示，使用时要注意与电场强度E的区别。 4. 电动势由电源中非静电力的特性决定，跟外电路的组成及变化无关，跟电源体积无关。 作者：徐圣钦 微信:894665727 知识点2 闭合电路欧姆定律及其能量分析 闭合电路欧姆定律及其能量分析 部分电路欧姆定律：一段电路中的电流与这段电路两端的电压成正比,跟这段电路的电阻成反比 整个电路电流与电动势有什么关系？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 闭合电路欧姆定律及其能量分析 + 外电路 外电路中，电流从正极到负极，沿电流方向电势降低 内电路 内电路中，电流从正极到负极，沿电流方向电势降升高。 电源内部存在电阻叫内阻。内阻上电势也会降低。 电源可以看成没有电阻的理想电源+电阻。 作者：徐圣钦 微信:894665727 闭合电路欧姆定律及其能量分析 势升高 势降低 势降低 闭合回路 能量转化有什么关系？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 闭合电路欧姆定律及其能量分析 电源非静电力做功 外电路 内电路 作者：徐圣钦 微信:894665727 闭合电路欧姆定律及其能量分析 闭合电路的欧姆定律：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 用电势表示 作者：徐圣钦 微信:894665727 闭合电路欧姆定律及其能量分析 电源的电动势等于内、外电路电势降落之和 闭合电路的欧姆定律的几种表达式 只适用于纯电阻 适用任何电路 作者：徐圣钦 微信:894665727 知识点3 外电压的变化及断路与短路 示例 如图所示电路中，电源电动势 E = 9V，内阻 r = 2Ω，外电阻 R 为可变电阻箱。闭合开关，若 R 分别调节到 R₁ = 2Ω、R₂ = 10Ω、R₃ = 400Ω，求回路中的电流及外电压。 分析：根据闭合电路欧姆定律 I = E/(R+r) 求出电路中的电流，再根据部分电路欧姆定律 U外 = IR 求出外电压。 解： R₁ = 2Ω 时：I₁ = 9/(2+2) A = 2.25 A，U外₁ = I₁R₁ = 2.25×2 V = 4.5 V R₂ = 10Ω 时：I₂ = 9/(10+2) A = 0.75 A，U外₂ = I₂R₂ = 0.75×10 V = 7.5 V R₃ = 400Ω 时：I₃ = 9/(400+2) A ≈ 0.022 A，U外₃ = I₃R₃ ≈ 0.022×400 V = 8.8 V 结论：E、r 不变时，R 增大 → I 减小，U内 = Ir 减小，U外 增大；R 减小时 U外 也减小。 作者：徐圣钦 微信:894665727 大家谈 结合本节课所学，讨论并回答：之前的自主活动中，水果电池两端的电压为什么会“消失”？ 提示： ① 水果电池的内阻 r 很大，而小灯电阻 R 很小； ② 由 U外 = IR，小灯分得的电压很小； ③ 由 E = U外 + U内，几乎全部电动势都降在内电压 U内 = Ir 上； ④ 取走小灯后电路断开，I = 0，U内 = 0，U外 = E，电压又会“恢复”。 所以电压并没有真正消失，而是绝大部分降落在内电路中。 作者：徐圣钦 微信:894665727 STSE 电池的发展 电池从发明至今已有 200 余年的历史，一代代电池的更替与发展都在很大程度上改变着人类的生活。 1800 年，伏打正式宣布“伏打电堆”诞生，使持续产生电流成为可能，为科学家们从对静电的研究转入对电流的研究创造了条件。 1836 年，英国人丹尼尔对“伏打电堆”作了改进，用稀硫酸作电解液制造出能保持稳定电流的“锌铜电池”。 1860 年，法国的普朗泰发明了在电压下降后能再次充电的铅蓄电池；1887 年，英国的赫勒森发明了干电池。 1909 年，爱迪生成功研制出性能良好、可反复充放电的镍铁电池。直至今日，干电池的种类已有 100 多种，包括常见的锌锰电池和碳锌电池等。 作者：徐圣钦 微信:894665727 路端电压与负载的关系 U外 U外 外电路中的用电器叫作负载。外电路两端的电压称为外电压（U外），也叫路端电压。 电势降落叫作路端电。 【议一议】负载变化，路端电压如何变化？尝试画出U外与I的图像 作者：徐圣钦 微信:894665727 拓展学习 电阻表的原理 电阻表的原理 欧姆表是在电流表的基础上改装而成的。为了使测量电阻时电 流表指针能够偏转，表内应有电源。 设电源的电动势为E，内阻为r，电流表的电阻为Rg，可变电 阻为 R1，电流表满偏电流为Ig，欧姆表的总电阻为RΩ 当红、黑表笔直接接触时（相当于被测电阻为0）， 此处电流表指针应满偏（测量电阻为0） 欧姆调零 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂小结 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】（多选）某电源的电动势为2V，这表示（     ） A．电路通过1C的电荷量，电源把2J其他形式的能转化为电势能 B．电源在每秒内把2J其他形式的能转化为电势能 C．该电源比电动势为1.5V的电源做功多 D．该电源与电动势为1.5V的电源相比，通过1C电荷量时转化的电势能多 【答案】AD 【考点】电源的U-I图像、计算电源的电动势和内阻 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】闭合电路由内电路和外电路组成，下列说法中正确的是（　　） A．外电路对电流的阻碍作用叫做外电阻，内电路对电流的阻碍作用叫做内电阻 B．外电压是外电路中所有用电器两端的电压，内电压是电源正、负两极间的电压 C．因为外电阻一定大于内电阻，所以外电压一定大于内电压 D．内电压和外电压之和为定值，即电源电动势 【答案】A 【考点】电源、电动势的定义、电动势与电势差的对比、闭合电路欧姆定律的内容及公式 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】有一电池，外电路断开时的端电压为，外电路接上阻值为的负载电阻后的端电压降为，则可以确定电池的电动势E和内阻r为（     ） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【考点】计算电源的电动势和内阻 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】如图电路中，电源电动势，内阻r=1.0，电阻R=8.0，不计电流表的内阻。将开关S闭合，电流的大小为（     ） A．1.0A B．1.2A C．1.5A D．无法确定 【答案】A 【考点】闭合电路欧姆定律的内容及公式 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】如图所示的U-I图像中，直线I为某电源路端电压与电流的关系图线，直线II为某一电阻R的U-I图线。用该电源与电阻R连接成闭合电路，由图像可知（　　） A．R的阻值为3Ω B．电源的输出功率为3.0W C．电源电动势为3.0V，内阻为1.5Ω D．电阻R消耗的功率为3.0W 【答案】C 【考点】线性元件的伏安特性曲线、电源的U-I图像、计算电源的输出电压、总功率、输出功率、效率 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】如图所示，电源电动势E和内阻r一定，、是定值电阻，是光敏电阻（光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小），L是小灯泡。闭合开关，当照射到的光照强度减弱时，以下分析正确的是（　　） A．电流表示数减小 B．电压表示数减小 C．灯泡变亮 D．电源效率降低 【答案】A 【考点】计算电源的输出电压、总功率、输出功率、效率、根据串反并同判断电阻电压和电流的变化 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】在如图所示的电路中，电源内阻不计。闭合开关S，待电路稳定后，将滑动变阻器R的滑片向b端滑动，下列说法正确的是（    ） A．通过定值电阻R1的电流增大 B．定值电阻R2两端的电压减小 C．通过滑动变阻器R的电流增大 D．滑片移动过程中通过定值电阻R3的电流方向为从M到N 【答案】D 【考点】利用局部→整体→局部的方法分析动态电路、根据串反并同判断电阻电压和电流的变化、含容电路中有关电荷量及其变化的计算 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】（多选）用E表示电源电动势，U表示外电压，表示内电压，R表示外电路总电阻，r表示电源内电阻，I表示干路电流，则下列各式中正确的是（     ） A． B． C． D． 【答案】ABD 【考点】闭合电路欧姆定律的内容及公式 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】（多选）某同学做测定电源的电动势和内电阻实验得到如图所示的路端电压随电路总电流变化的关系图像，由图像可得（     ） A．电源的电动势为6.0V B．电源的内阻为12Ω C．电源的短路电流为0.5A D．电流为0.3A时的外电阻是18Ω 【答案】AD 【考点】利用局部→整体→局部的方法分析动态电路、根据串反并同判断电阻电压和电流的变化、含容电路中有关电荷量及其变化的计算 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】在如图所示电路中，电源电动势为，电路中的定值电阻，闭合开关S后，电动机正常工作，此时，电流表的示数为，电压表示数为。电流表和电压表均为理想电表。问： (1)电源的内阻为多大？ (2)电动机正常工作时，电源输出的电功率为多大？ (3)电动机正常工作时的机械效率为50%，电动机的内阻为多大？ 【答案】(1)0.5Ω (2)14W (3)1Ω 【考点】含有电动机电路综合计算、计算电源的输出电压、总功率、输出功率、效率 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】如图甲所示，电动势为、内阻为的电源与的定值电阻、滑动变阻器、开关S组成串联回路，已知滑动变阻器消耗的功率与其接入电路的有效阻值的关系如图乙所示。当=10时滑动变阻器消耗的功率达到最大值0.4W；滑动变阻器接入阻值为4与时，消耗的功率相等。 (1)求电源的电动势E和内阻r； (2)求图乙中Rx的大小； (3)调节滑动变阻器，求该电源能够获得的最大输出功率。 【答案】(1)4V,4Ω (2)25Ω (3)0.96W 【考点】计算串联和并联电路的电功和电功率、计算电源的电动势和内阻、计算电源的输出电压、总功 作者：徐圣钦 微信:894665727 课后作业 练习与应用 分层作业 作者：徐圣钦 微信:894665727 谢谢聆听 谢谢聆听 $