第4节 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律

1、第第4 4节电源的电动势和内阻闭合电路节电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律欧姆定律课堂探究课堂探究自主学习自主学习达标测评达标测评自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知目标导航目标导航( (教师参考教师参考) )重点重点:(1):(1)电源电动势的理解电源电动势的理解(2)(2)闭合电路欧姆定律的理解及应用闭合电路欧姆定律的理解及应用难点难点: :闭合电路中能量转化与守恒闭合电路中能量转化与守恒教材梳理教材梳理一、电源的电动势及内阻一、电源的电动势及内阻1.1.电源电源将其他形式的能转化为将其他形式的能转化为 的装置的装置. .2.2.电动势电动势(1)(1)大小大小: :数值上等

2、于不接入电路时电源两极间的数值上等于不接入电路时电源两极间的 . .(2)(2)符号符号:E,:E,单位单位: :伏特伏特, ,用用V V表示表示. .(3)(3)物理意义物理意义: :表征电源将其他形式的能转化为表征电源将其他形式的能转化为 的本领的本领. .(4)(4)几种电池的电动势几种电池的电动势电势能电势能电势差电势差电能电能1.51.52.02.03.3.电源的内阻电源的内阻电源内部电路的电阻电源内部电路的电阻. .想一想想一想 教材教材P P5656图图2-4-22-4-2中中, ,假定在干路中串联一只电阻假定在干路中串联一只电阻R R0 0, ,依次闭合开关依次闭合开关, ,灯

3、泡的亮度会变化吗灯泡的亮度会变化吗? ?为什么为什么? ?答案答案: :依次闭合开关依次闭合开关, ,并联的总电阻减小并联的总电阻减小, ,干路电流增大干路电流增大, ,路端电压减小路端电压减小,R,R0 0两端电压增大两端电压增大, ,灯泡两端的电压减小灯泡两端的电压减小, ,灯泡变暗灯泡变暗. .二、闭合电路欧姆定律二、闭合电路欧姆定律1.1.闭合电路的组成闭合电路的组成(1)(1)外电路外电路: :电源外部的电路电源外部的电路. .在电源外部在电源外部, ,电流由电源正极流向负极电流由电源正极流向负极. .在外在外电路上有电势降落电路上有电势降落IR,IR,称为称为 或外电压或外电压U,

4、U,即即U=U= . .(2)(2)内电路内电路: :电源内部的电路电源内部的电路. .当电流流过电源内部时当电流流过电源内部时, ,在内阻在内阻r r上会有电势上会有电势降落降落Ir,IrIr,Ir称为电源的内电压称为电源的内电压U,U,即即U=U= . .路端电压路端电压IRIRIrIr2.2.闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律(1)(1)内容内容: :在外电路为在外电路为 的闭合电路中的闭合电路中, ,电流的大小跟电源的电动电流的大小跟电源的电动势成势成 , ,跟内、外电路的电阻之和成跟内、外电路的电阻之和成 . .纯电阻纯电阻正比正比反比反比(2)(2)表达式表达式: : . .EIR

5、r想一想想一想 我们用电压表直接连接电源的两端我们用电压表直接连接电源的两端, ,那么电压表的读数与电源那么电压表的读数与电源电动势大小有何关系电动势大小有何关系? ?为什么为什么? ?答案答案: :电源有内阻电源有内阻, ,用电压表和电源正、负极相连时用电压表和电源正、负极相连时, ,相当于电源与电压相当于电源与电压表串联表串联, ,电压表读数是路端电压电压表读数是路端电压, ,小于电源电动势小于电源电动势. .三、闭合电路的三、闭合电路的U-IU-I图像图像( (如图如图) )1.1.电源电动势电源电动势: :直线与直线与 轴交点的值轴交点的值. .纵纵2.2.短路电流短路电流: :直线与

6、直线与 轴交点的值轴交点的值. .3.3.电源内阻电源内阻: :直线直线 的大小的大小. .横横斜率斜率4.U4.U外外随随I I的变化关系的变化关系: :电流电流I I增大时增大时, ,路端电压路端电压U U外外 . .降低降低1.1.在电源内部在电源内部, ,电荷移动过程中电荷移动过程中, ,电场力做负功电场力做负功, ,电荷的电势能增加电荷的电势能增加.(.() )2.2.电动势相同的电动势相同的1 1号和号和5 5号干电池号干电池, ,内阻也一定相同内阻也一定相同.(.() )3.3.在闭合电路中在闭合电路中, ,外电阻越大外电阻越大, ,路端电压越大路端电压越大.(.() )4.4.

7、电路断开时电路断开时, ,电路中的电流为零电路中的电流为零, ,路端电压也为零路端电压也为零.(.() )5.5.电源短路时电源短路时, ,路端电压为零路端电压为零.(.() )思考判断思考判断答案答案: :1.1.2.2.3.3.4.4.5.5.要点一要点一 对电动势概念的理解对电动势概念的理解课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究【问题导学问题导学】在电源内部在电源内部, ,从负极到正极只有电势的升高吗从负极到正极只有电势的升高吗? ?答案答案: :在电源内部在电源内部, ,正电荷从电源的负极到电源的正极正电荷从电源的负极到电源的正极, ,克服静电力做功克服静电力做功, ,把其

8、他形式的能转化为电能把其他形式的能转化为电能, ,电势升高电势升高, ,同时同时, ,电流流过电源内部时电流流过电源内部时, ,在内在内阻阻r r上电流做功上电流做功, ,电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能, ,电势降低电势降低, ,故在电源内部故在电源内部, ,电势电势有升高也有降低有升高也有降低. .【要点归纳要点归纳】1.1.电动势电动势(1)(1)意义意义: :表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小. .(2)(2)决定因素决定因素: :由电源本身特性决定由电源本身特性决定, ,跟电源的体积无关跟电源的体积无关, ,跟外电路也无关

9、跟外电路也无关. .(3)(3)电源极性电源极性: :在电源内部正电荷集聚端为正极在电源内部正电荷集聚端为正极, ,负电荷集聚端为负极负电荷集聚端为负极. .(4)(4)电动势与电压的区别与联系电动势与电压的区别与联系2.2.电池的串联和并联电池的串联和并联: :n n个完全相同的电池串联时个完全相同的电池串联时, ,总电动势总电动势E E总总= =nEnE, ,总内阻总内阻r r总总=nr;=nr;并并联时联时E E总总= =E,rE,r总总= .= .rn【例例1 1】 下列对电源电动势概念的认识正确的是下列对电源电动势概念的认识正确的是( ( ) )A.A.电源电动势等于电源两极间的电压

10、电源电动势等于电源两极间的电压B.B.在闭合电路中在闭合电路中, ,电动势等于内、外电压之和电动势等于内、外电压之和C.C.电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电势能的本领电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电势能的本领, ,电源把其电源把其他形式的能转化为电势能越多他形式的能转化为电势能越多, ,电动势就越大电动势就越大D.D.电动势、电压和电势差虽名称不同电动势、电压和电势差虽名称不同, ,但物理意义相同但物理意义相同, ,所以单位也相同所以单位也相同B B解析解析: :电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压电源电动势等于电源开路时正、负极间的电压, ,电路闭合时由于存电路闭合时

11、由于存在内电压在内电压, ,电源两极间的电压小于电源电动势电源两极间的电压小于电源电动势,A,A错误错误; ;在闭合电路中在闭合电路中, ,电动电动势等于内、外电压之和势等于内、外电压之和,B,B正确正确; ;电源电动势是描述电源把其他形式的能转电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量化为电势能本领的物理量, ,即在电路中通过一定电荷量时即在电路中通过一定电荷量时, ,电源提供的电电源提供的电能越多能越多, ,电动势就越大电动势就越大, ,并不是电源把其他形式的能转化为电势能越多并不是电源把其他形式的能转化为电势能越多, ,电电动势就越大动势就越大, ,因为转化的能量除与电动

12、势有关外因为转化的能量除与电动势有关外, ,还与所经历的时间、用还与所经历的时间、用电情况有关电情况有关,C,C错误错误; ;电动势和电势差意义不同电动势和电势差意义不同, ,电势差是表示电势能转化电势差是表示电势能转化为其他形式能的本领的物理量为其他形式能的本领的物理量,D,D错误错误. .( (教师备用教师备用) )例例1-11-1: :下列关于电源和电源电动势的说法正确的是下列关于电源和电源电动势的说法正确的是( ( ) )A.A.电源是通过静电力把其他形式的能转化为电能的装置电源是通过静电力把其他形式的能转化为电能的装置B.B.在电源内部正电荷从低电势处向高电势处移动在电源内部正电荷从

13、低电势处向高电势处移动C.C.电源电动势反映了电源内部静电力做功的本领电源电动势反映了电源内部静电力做功的本领D.D.把同一电源接在不同的电路中把同一电源接在不同的电路中, ,电源的电动势也将变化电源的电动势也将变化B B解析解析: :电源内正电荷在非静电力下从低电势处电源内正电荷在非静电力下从低电势处( (负极负极) )移向高电势处移向高电势处( (正正极极),),把其他形式的能转化为电能把其他形式的能转化为电能, ,选项选项A A错错,B,B对对; ;电源电动势反映电源电源电动势反映电源内非静电力做功的本领内非静电力做功的本领, ,与是否接入电路或接到不同电路均无关与是否接入电路或接到不同

14、电路均无关, ,选项选项C,DC,D错错. .针对训练针对训练1-11-1: :关于电源电动势关于电源电动势, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.同一电源接入不同的电路电动势会发生改变同一电源接入不同的电路电动势会发生改变B.B.电源电动势就是接入电源两极间的电压表测量的电压电源电动势就是接入电源两极间的电压表测量的电压C.C.电源电动势与是否接外电路无关电源电动势与是否接外电路无关D.D.电源电动势表征把电势能转化成其他形式能的本领的大小电源电动势表征把电势能转化成其他形式能的本领的大小, ,与是否接外电与是否接外电路无关路无关解析解析: :电源电动势是表征电源把其

15、他形式的能转化为电势能本领的物理量电源电动势是表征电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量, ,与是否接外电路无关与是否接外电路无关, ,故选项故选项A,DA,D错误错误,C,C正确正确. .电动势和电压是不同的概念电动势和电压是不同的概念, ,其物理意义也不相同其物理意义也不相同, ,故选项故选项B B错误错误. .C C要点二要点二 闭合电路欧姆定律的应用闭合电路欧姆定律的应用【问题导学问题导学】将旧电池和新电池混合使用将旧电池和新电池混合使用, ,这样用起来合算吗这样用起来合算吗? ?答案答案: :不合算不合算. .旧电池内阻大旧电池内阻大, ,新、旧电池混合使用新、旧电池混合使用,

16、,只会起到降低路端电压只会起到降低路端电压和消耗新电池电势能的作用和消耗新电池电势能的作用. .【要点归纳要点归纳】1.1.闭合电路规律的表达形式和意义闭合电路规律的表达形式和意义2.2.闭合电路动态问题分析闭合电路动态问题分析分析闭合电路的动态问题常按照分析闭合电路的动态问题常按照“局部局部整体整体局部局部”的顺序的顺序. .具体步骤为具体步骤为:(1):(1)确确定电路的外电阻如何变化定电路的外电阻如何变化;(2);(2)根据闭合电路的欧姆定律根据闭合电路的欧姆定律I= I= 确定电路的总电流确定电路的总电流如何变化如何变化;(3);(3)由由U U内内= =IrIr确定内电压如何变化确定

17、内电压如何变化;(4);(4)由由U=E-UU=E-U内内确定路端电压如何变化确定路端电压如何变化; ;(5)(5)由欧姆定律及串、并联电路的特点判断各部分电路电压、电流的变化情况由欧姆定律及串、并联电路的特点判断各部分电路电压、电流的变化情况. .ER r【例例2 2】 如图所示如图所示, ,电池内阻电池内阻r=1.5 ,Rr=1.5 ,R1 1=R=R2 2=R=R3 3=4 ,R=4 ,R4 4=10 .=10 .(1)(1)当开关当开关S S1 1,S,S2 2均断开时均断开时, ,电压表读数为电压表读数为4 V,4 V,求电源电动势求电源电动势E;E;解析解析: :(1)(1)当开关

18、当开关S S1 1,S,S2 2均断开时均断开时,R,R2 2中的电流中的电流I I2 2= =1 A,= =1 A,则则E=IE=I2 2(r+R(r+R1 1+R+R2 2+R+R3 3) )=13.5 V.=13.5 V.2UR答案答案: :(1)13.5 V(1)13.5 V(2)(2)当开关当开关S S1 1,S,S2 2均闭合时均闭合时, ,两个电表的读数分别为多少两个电表的读数分别为多少? ?答案答案: :(2)1.5 V(2)1.5 V A A218规律方法规律方法 解决闭合电路问题的一般方法解决闭合电路问题的一般方法(1)(1)求总电流求总电流I:I:若已知内、外电路上所有电

19、阻的阻值和电源电动势若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势, ,可用可用闭合电路的欧姆定律直接求出闭合电路的欧姆定律直接求出, ,若内、外电路上有多个未知电阻若内、外电路上有多个未知电阻, ,可利用可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流某一部分电路的已知电流和电压求总电流I;I;当以上方法都行不通时当以上方法都行不通时, ,可以可以应用联立方程求出应用联立方程求出I.I.(2)(2)当外电路含有非纯电阻元件时当外电路含有非纯电阻元件时( (如电动机、电解槽等如电动机、电解槽等),),不能应用闭合不能应用闭合电路的欧姆定律求解干路电流电路的欧姆定律求解干路电流, ,也不能应用部分电路欧

20、姆定律求解该部分也不能应用部分电路欧姆定律求解该部分的电流的电流, ,若需要时只能根据串、并联的特点或能量守恒定律计算得到若需要时只能根据串、并联的特点或能量守恒定律计算得到. .( (教师备用教师备用) )例例2-12-1: :如图所示电路中如图所示电路中,R,R1 1=R=R2 2=R=R3 3=10 ,S=10 ,S断开时断开时, ,电压表示数为电压表示数为16 V,S16 V,S闭合时闭合时, ,电压表示数为电压表示数为10 V,10 V,若电压表可视为理想的若电压表可视为理想的, ,求求: :(1)(1)电源电动势和内阻各为多大电源电动势和内阻各为多大? ?答案答案: :(1)20

21、V(1)20 V5 5 答案答案: :(2)6.4 W(2)6.4 W2.5 W2.5 W(2)(2)闭合闭合S S前后前后,R,R1 1消耗的功率分别为多大消耗的功率分别为多大? ?解析解析: :(2)(2)闭合闭合S S前后前后,R,R1 1消耗的功率分别为消耗的功率分别为P P1 1=I=I2 2R R1 1=0.8=0.82 210 W=6.4 W,10 W=6.4 W,P=P=（ ）2 2R R1 1=0.5=0.52 210 W=2.5 W.10 W=2.5 W.2I针对训练针对训练2-1:2-1:如图所示电路中如图所示电路中, ,电源电动势电源电动势E=12 V,E=12 V,内

22、阻内阻r=2 ,Rr=2 ,R1 1=4 ,R=4 ,R2 2= =6 ,R6 ,R3 3=3 .=3 .答案答案: :(1)6 V (1)6 V (1)(1)若在若在C,DC,D间连一个理想电压表间连一个理想电压表, ,其读数是多少其读数是多少? ?(2)(2)若在若在C,DC,D间连一个理想电流表间连一个理想电流表, ,其读数是多少其读数是多少? ?答案答案: :(2)1 A(2)1 A要点三要点三 闭合电路中的图像问题闭合电路中的图像问题【问题导学问题导学】在在U-IU-I图像中图像中, ,若纵轴若纵轴U U不从零开始取值不从零开始取值, ,如何确定电源的电动势和内阻如何确定电源的电动势

23、和内阻? ?答案答案: :若纵轴不从零开始取值若纵轴不从零开始取值, ,图线与纵轴的交点仍表示电源的电动势图线与纵轴的交点仍表示电源的电动势, ,图图线斜率的绝对值仍表示电源的内阻线斜率的绝对值仍表示电源的内阻, ,但图线与横轴的交点不表示短路电流但图线与横轴的交点不表示短路电流. .【要点归纳要点归纳】1.U-R1.U-R图像图像2.2.路端电压路端电压U U随电流随电流I I变化的图像变化的图像(U-I(U-I关系图线关系图线) )(1)U-I(1)U-I图像的函数表达式图像的函数表达式:U=E-:U=E-IrIr. .(2)U-I(2)U-I图像特点图像特点: :位于第一象限位于第一象限

24、, ,与横、纵坐标轴相交的倾斜直线与横、纵坐标轴相交的倾斜直线, ,如图所示如图所示. .(3)(3)推论推论【例例3 3】 ( (多选多选) )如图是根据某次实验记录数据画出的如图是根据某次实验记录数据画出的U-IU-I图像图像, ,下列关于这下列关于这个图像的说法中正确的是个图像的说法中正确的是( ( ) )ADAD解析解析: :U-IU-I图线纵轴截距表示电源电动势图线纵轴截距表示电源电动势E=3.0 V,E=3.0 V,选项选项A A正确正确; ;横轴截距点横轴截距点坐标为坐标为(0.6 A,2.4 V),(0.6 A,2.4 V),因此不是短路时的电流因此不是短路时的电流, ,选项选

25、项B,CB,C错误错误; ;由由r=| |r=| |知知选项选项D D正确正确. .UI误区警示误区警示 利用利用U-IU-I图线解题的注意点图线解题的注意点电源的电源的U-IU-I图线与电阻的图线与电阻的U-IU-I图线的物理意义不同图线的物理意义不同, ,前者是路端电压与电路前者是路端电压与电路电流的函数关系电流的函数关系, ,后者是加在电阻两端的电压与通过的电流的函数关系后者是加在电阻两端的电压与通过的电流的函数关系. .( (教师备用教师备用) )例例3-13-1:(:(多选多选) )如图是用理想电流表和电压表测定如图是用理想电流表和电压表测定a,ba,b两电池的电动势和两电池的电动势

26、和内阻所得的内阻所得的U-IU-I图线图线, ,下述说法正确的是下述说法正确的是( ( ) )A.EA.Ea a E Eb bB.rB.rb b r ra aC.C.两个图线的交点表示这两电池外电路电阻相等两个图线的交点表示这两电池外电路电阻相等D.D.图线与横轴的截距表示短路电流图线与横轴的截距表示短路电流BCDBCD解析解析: :b b图像的斜率大于图像的斜率大于a a图像的斜率图像的斜率, ,r rb b r ra a, ,选项选项B B正确正确; ;图像与图像与U U轴的截轴的截距中距中,b,b图线大于图线大于a a图线图线, ,即即E Eb bEEa a, ,选项选项A A错误错误;

27、 ;图像与图像与I I轴的截距表示短路轴的截距表示短路电流电流, ,选项选项D D正确正确; ;经经a,ba,b两图线交点作过原点的直线两图线交点作过原点的直线, ,该直线表明同一阻该直线表明同一阻值的电阻分别接在两电源时值的电阻分别接在两电源时, ,路端电压、电流相等路端电压、电流相等, ,故选项故选项C C正确正确. .针对训练针对训练3 3- -1:1:(2017(2017邢台一中月考邢台一中月考)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,直线直线A A为电源的输出电压为电源的输出电压与电流的关系图线与电流的关系图线, ,直线直线B B和和C C分别为电阻分别为电阻R R1 1,R,R2

28、 2的电压与电流图线的电压与电流图线. .用该电源分用该电源分别与别与R R1 1,R,R2 2组成闭合电路时组成闭合电路时, ,电源的输出电功率分别为电源的输出电功率分别为P P1 1,P,P2 2, ,电源的效率分别为电源的效率分别为1 1,2 2, ,则下列关系正确的是则下列关系正确的是( ( ) )B BC CA.PA.P1 1PP2 2B.PB.P1 1=P=P2 2C.C.1 12 2D.D.1 12 2达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.关于电源的电动势关于电源的电动势, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.电源的内阻越大电源的内阻越大,

29、 ,电动势越大电动势越大B.B.电源的电动势越大电源的电动势越大, ,电源所提供的电能就越多电源所提供的电能就越多C.C.电源接入电路后电源接入电路后, ,其两端的电压越大其两端的电压越大, ,电源的电动势也越大电源的电动势也越大D.D.无论电源接入何种电路无论电源接入何种电路, ,其电动势是不变的其电动势是不变的D D解析解析: :电源的电动势与内阻无关电源的电动势与内阻无关, ,故故A A错误错误; ;电源所能提供的电能与电动势电源所能提供的电能与电动势无关无关, ,它是由电源中储存的可转化能量的多少决定的它是由电源中储存的可转化能量的多少决定的, ,故故B B错误错误; ;电源的电电源的电动势与外电路无关动势与外电路无关, ,故故C C错误错误,D,D正确正确. .2.2.有两个相同的电阻有两个相同的电阻R,R,串联起来接在电动势为串联起来接在电动势为E E的电源上的电源