教科版高中物理选修3-1第2章第4节电源的电动势和内阻-闭合电路欧姆定律.ppt课件

1、KR闭合电键闭合电键K，灯泡亮吗？为什么？，灯泡亮吗？为什么？问题：问题：2.4 2.4 电源的电动势和内阻电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律正极正极负极负极电源电源-1 1、在导线中，电场方向、在导线中，电场方向是怎样的？是怎样的？2 2、自在电荷在导线中如、自在电荷在导线中如何挪动？电流方向是怎样何挪动？电流方向是怎样的？的？3 3、在电源内部电场是怎样的？电源内部的电流方向、在电源内部电场是怎样的？电源内部的电流方向如何？电源内部电荷怎样挪动如何？电源内部电荷怎样挪动? ?4 4、电源把正、负电荷对应从电源的负极、正极搬到、电源把正、负电荷对应从电源的负极、正极搬到正极

2、和负极，电场力做正功还是负功？正极和负极，电场力做正功还是负功？5 5、什么力来抑制电场力做功？从能量的角度看，电、什么力来抑制电场力做功？从能量的角度看，电源的作用是什么？源的作用是什么？问题探求：问题探求：+一、电源电动势一、电源电动势 电源是一种把其它方式能转化为电能电源是一种把其它方式能转化为电能的安装的安装 电源在电路中的作用：将其它方式的电源在电路中的作用：将其它方式的能转变为电能；坚持导体两端有继续能转变为电能；坚持导体两端有继续的电压。的电压。 一、电路和电阻的认识一、电路和电阻的认识 外电路：电源外部的电路，包括外电路：电源外部的电路，包括用电器、导线等。用电器、导线等。 外

3、电阻：外电路的总电阻外电阻：外电路的总电阻内电阻：内电路的电阻内电阻：内电路的电阻通常称为电源的内阻通常称为电源的内阻. . 内电路：电源内部的电路内电路：电源内部的电路. . 1.1.电源将其他方式的能转化为电势能的特电源将其他方式的能转化为电势能的特性可以用电动势符号：性可以用电动势符号：E E来表示，它来表示，它等于电源未接入电路时两极间的电压。等于电源未接入电路时两极间的电压。二、电源电动势二、电源电动势2.2.物理意义：反映电源把其他方式的能物理意义：反映电源把其他方式的能转化为电能身手的大小。转化为电能身手的大小。伏特伏特V V 1V=1J/C 1V=1J/C4 4、单位：、单位：

4、6 6、电动势标量、电动势标量5 5、特点：电动势由电源本身决议，跟电、特点：电动势由电源本身决议，跟电源的体积、外形无关，与能否联入电路源的体积、外形无关，与能否联入电路及外电路的情况无关。及外电路的情况无关。3 3、大小：数值上等于非静电力把、大小：数值上等于非静电力把1C1C的的正电荷在电源内部从负极移送到正极所正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。做的功。问题问题1：电动势是：电动势是1.5V的物理意义是什么？的物理意义是什么？7、电动势与电势差的区别：、电动势与电势差的区别：(1)电动势：电动势：W非静电表示正电荷从负极移到正极所耗非静电表示正电荷从负极移到正极所耗费的化学能或其

5、它方式能，费的化学能或其它方式能， E表示挪动单位正电表示挪动单位正电荷耗费化学能或其它方式能。反映电源把其它方荷耗费化学能或其它方式能。反映电源把其它方式能转化为电能的身手。式能转化为电能的身手。 电势差：电势差：W表示正电荷在电场力作用下从一点移到另表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所耗费的电场能，电势差表示挪动单位正电荷耗一点所耗费的电场能，电势差表示挪动单位正电荷耗费的电能。反映把电能转化为其它方式能的身手。费的电能。反映把电能转化为其它方式能的身手。(2)电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质。电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质。生活中的电池生活中的电池太阳电池太阳

6、电池干电池干电池铅蓄电池铅蓄电池锂电池锂电池锌汞电池锌汞电池1、定义：电源内部也是一段电路，也有电阻，称为电源的内电阻，简称内阻。用符号 r表示。2、阐明：电源内部也有电压，叫内电压。二、电源的内阻二、电源的内阻三、闭合电路的欧姆定律三、闭合电路的欧姆定律1、内电压：电流流过内电阻、内电压：电流流过内电阻r，产生的电势降落，产生的电势降落Ir等于内等于内电阻电阻r两端的电压，因此也把两端的电压，因此也把Ir称为电池的内电压称为电池的内电压U，即，即U=Ir。2、路端电压：在电源外部，电流由电源正极、路端电压：在电源外部，电流由电源正极流向负极，在外电路上也有电势降落流向负极，在外电路上也有电势

7、降落IR，习，习惯上把他称为路端电压或外电压惯上把他称为路端电压或外电压U,即即U=IR。三、闭合电路的欧姆定律三、闭合电路的欧姆定律3、路端电压路端电压 U=E-IrEIRr闭合电路欧姆定律：在外电路为纯电阻的闭闭合电路欧姆定律：在外电路为纯电阻的闭合电路中，电流的大小跟电源的电动势成正合电路中，电流的大小跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。比，跟内、外电路的电阻之和成反比。4、适用条件：外电路是纯电阻电路。、适用条件：外电路是纯电阻电路。 E=U+U=U+Ir5、欧姆定律对闭合电路的分析：、欧姆定律对闭合电路的分析：R R增大，增大，R R减小，减小，E rsRAV电流减小

8、，电流减小， 路端电压增大路端电压增大电流增大，电流增大，路端电压减小路端电压减小三、闭合电路的欧姆定律三、闭合电路的欧姆定律U=E-IrEIRr如下图：如下图：两个特例：两个特例：(2)外电路短路时外电路短路时0/0RIE rU0端，0RIE 端，U(1)外电路断路时外电路断路时E rAVE rAV三、闭合电路的欧姆定律三、闭合电路的欧姆定律6、路端电压、路端电压U随电流随电流I变化的图象变化的图象(1)图象的函数表达：图象的函数表达： EUUUEIr外内三、闭合电路的欧姆定律三、闭合电路的欧姆定律rEI/短在横轴上的截距表示电源在横轴上的截距表示电源的短路电流的短路电流图象斜率的绝对值表示

9、电源的内阻，内阻越图象斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害大，图线倾斜得越厉害在纵轴上的截距表示电源的在纵轴上的截距表示电源的电动势电动势E E (2)图象的物理意义图象的物理意义断路断路短路短路UIOEI短短三、闭合电路的欧姆定律三、闭合电路的欧姆定律7、闭合电路的动态变化分析、闭合电路的动态变化分析全电路的动态分析的详细步骤全电路的动态分析的详细步骤:(1)判别动态部分电阻、判别动态部分电阻、 全电路总电阻的变化全电路总电阻的变化.(2)判别闭合电路总电流的变化判别闭合电路总电流的变化.(3)根据根据U=E-Ir,判别路端电压的变化判别路端电压的变化.(4)根据分压、分流

10、原理判别动态部分的物理量根据分压、分流原理判别动态部分的物理量的变化的变化.三、闭合电路的欧姆定律三、闭合电路的欧姆定律例例1 1、 如下图电路，电源电动势为如下图电路，电源电动势为1.5V1.5V，内阻为，内阻为0.12 0.12 ，外电路的电阻为，外电路的电阻为1.38 1.38 ，求电路中的电流，求电路中的电流和路端电压。和路端电压。解：由题意知，电动势解：由题意知，电动势E=1.5 VE=1.5 V，外电阻外电阻R=1.38 R=1.38 ，内阻，内阻r=0.12 .r=0.12 .由闭合电路欧姆定律得：由闭合电路欧姆定律得： AArREI112.038.15.1路端电压为路端电压为U

11、 = IR=1U = IR=11.38 V1.38 V =1.38 V =1.38 V 内出总内内出总三个功率关系：内电阻功率：外电路功率：电源总功率：PPP)(IUIP)()(EUIP)(EIP)(222drcrRRba 电源的输出功率随外电阻变化的讨论电源的输出功率随外电阻变化的讨论电源的总功率电源的总功率P P总总=IE=IE内耗功率：内耗功率：P P内内=I2r=I2r输出功率：输出功率：P P出出=P- P=P- P内内=IE- I2r=I U=IE- I2r=I U外外= I2 R= I2 R外外当外电阻为纯电阻电路时当外电阻为纯电阻电路时当当R R外外=r=r时时,P,P出最大，

12、且最大值出最大，且最大值为为P出出m=E24r(R外外+r)2=E2+4r(R外外-r)2R外外P出出=I2R外外=E2R外外由图可知由图可知: :同一功率对同一功率对应着两个电阻值应着两个电阻值, ,两个两个电阻值之间有何关系呢电阻值之间有何关系呢? ? 例例2 2：知如图，：知如图，E=6VE=6V，r=4r=4，R1=2R1=2，R2R2的变的变化范围是化范围是0 01010。求：。求： 电源的最大输出功率；电源的最大输出功率； R1R1上耗费的最大功率；上耗费的最大功率； R2R2上耗费的最大功率。上耗费的最大功率。 E rR2R1 2.25W 2.25W； 2W 2W； 1.5W 1

13、.5W。R1R2A12ErSR1R212ErSV V例例4 4：如下图，图线：如下图，图线a a是某一蓄电池组的伏安特是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线性曲线，图线b b是一只某种型号的定值电阻的伏安特是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线假设知该蓄电池组的内阻为性曲线假设知该蓄电池组的内阻为2.02.0，那么这只，那么这只定值电阻的阻值为定值电阻的阻值为_。现有。现有4 4只这种规格的定只这种规格的定值电阻，可恣意选取其中的假设干只进展组合，作为值电阻，可恣意选取其中的假设干只进展组合，作为该蓄电池组的外电路，那么所组成的这些外电路中，该蓄电池组的外电路，那么所组成的这些外电路中，输出功率最

14、大时是输出功率最大时是_W_W。 U/V I/Ao2015105ab解：由图象可知蓄电池的解：由图象可知蓄电池的电动势为电动势为20V20V。 由斜率关系知外电阻阻值由斜率关系知外电阻阻值为为66。 用用3 3只这种电阻并联作为外只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于电阻，外电阻等于22，因，因此输出功率最大为此输出功率最大为50W50W。 闭合电路中变量分析闭合电路中变量分析(1)(1)坚持不变的量只需电源的电动势和内电坚持不变的量只需电源的电动势和内电阻，电流、外电压、电功率等都随外电阻的阻，电流、外电压、电功率等都随外电阻的改动而改动。改动而改动。(2)I(2)I、U U、P P公式：公式

15、： 电流：电流：I=E/(RI=E/(R外外+r)+r) 内电压：内电压：U U内内Ir=Er/(RIr=Er/(R外外+r)+r) 外电压：外电压：U U外外IRIR外外E-IrE-Ir 总功率：总功率：P P总总IEIE例例5 5：如下图，电源电动势为：如下图，电源电动势为E E，内电阻为，内电阻为r r当滑动变阻器的触片当滑动变阻器的触片P P从右端滑到左端时，发现从右端滑到左端时，发现电压表电压表V1V1、V2V2示数变化的绝对值分别为示数变化的绝对值分别为U1U1和和U2U2，以下说法中正确的选项是以下说法中正确的选项是 A A、小灯泡、小灯泡L1L1、L3L3变暗，变暗，L2L2变

16、亮变亮B B、小灯泡、小灯泡L3L3变暗，变暗，L1L1、L2L2变亮变亮C C、U1U2 DU1U2 U1U2 V2V1L1L2L3PV2V1L1L2L3P解：滑动变阻器的触片解：滑动变阻器的触片P P从右从右端滑到左端，总电阻减小，总端滑到左端，总电阻减小，总电流增大，路端电压减小。电流增大，路端电压减小。 与电阻串联的灯泡与电阻串联的灯泡L1L1、L2L2电流增大，变亮，与电阻并电流增大，变亮，与电阻并联的灯泡联的灯泡L3L3电压降低，变暗。电压降低，变暗。 U1U1减小，减小，U2U2增大，而路端电压增大，而路端电压U= U1+ U2U= U1+ U2减小，减小，所以所以U1U1的变化

17、量大于的变化量大于 U2 U2的变化量。的变化量。 B、D 闭合电路的闭合电路的U-IU-I图象图象 Uo IEU0 MI0,U0b aNI0 Im1 1右图中右图中a a为闭合电路的为闭合电路的U-IU-I图象图象b b为部分电路为部分电路( (外电阻外电阻) )的的U-IU-I图象。图象。2 2两者的交点坐标表示该电阻两者的交点坐标表示该电阻接入电路时的路端电压与电流。接入电路时的路端电压与电流。 3 3a a的斜率的绝对值表示电源内的斜率的绝对值表示电源内阻的大小、阻的大小、b b的斜率的绝对值表的斜率的绝对值表示接入电路中外电阻的的大小。示接入电路中外电阻的的大小。 4 4图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。功率。 当两个斜率相等时即内、外电阻相等图中矩当两个斜率相等时即内、外电阻相等图中矩形面积最大，即输出功率最大！形面积最大，即输出功率最大！ 小小 结结、电动势是表征电源把其他方式的能量转化为、电动势是表征电源把其他方式的能量转化为电能身手大小的物理量。电能