闭合电路欧姆定律、电源电动势及内阻(课件)（沪科版2020必修第三册）

第十章电路及其应用10.5闭合电路欧姆定律、电源电动势及内阻沪科版（2020）2022-2023学年高中物理同步备课系列必修第三册目录contents闭合电路中内、外电压之间存在什么关系?0102闭合电路中电流与电源电动势之间存在什么关系?03路端电压跟负载R(电路中消耗电能的元件)的关系04电源为什么能在闭合回路中产生持续电流?为了能在导体两端间维持一个稳定的电势差以产生稳定的电流，科学家探寻了很长时问。直到1800年，意大利物理学家伏打(A.Volta,1745-1827)发明了伏打电池才出现突破。如图10-41所示，许多伏打电池依次叠放起来成为很高的一摞，被称为伏打电堆。为了纪念伏打在电学中的贡献，把电压的单位命名为伏特。其实，我们用一个水果、一片锌片和一片铜片即可以制作一个电池。新课导入（1）把由电源、用电器和导线等组成的完整回路叫做闭合电路或者全电路。（2）闭合电路可以分成两部分，其中电源外部的电路叫做外电路，电源内部的电路叫做内电路。（3）外电路对电流的阻碍作用叫做外电阻，用R表示;内电路对电流的阻碍作用叫做内电阻简称内阻，用r表示。（4）外电路两端的电压，称为外电压(U外),也叫做端电压，它是电源正负极两端的电压;内电路两端的电压，称为内电压(U内)。rERSAB外电路内电路要弄清水果电池两端电压“消失”的原因，我们需要对电路的知识有更多的了解。1、基本概念内电路等效示意图闭合电路中内、外电压之间存在什么关系?01如图10-43所示为探究外电压、内电压间关系的仪器可调高内阻电池。这种电池的正、负极板(A、B)为二氧化铅及铅，电解液为稀硫酸。与一般的铅蓄电池相比，它的内阻是可以调节的。只要降低或者提升电池两极之间的液面高度，电源的内阻便会增大或减小。外电路接有滑动变阻器，可以方便地改变外电阻的大小。位于两个电极内侧的探针a、b与电压表V1相连，测量内电压;电源的两极A、B与电压表V2相连，测量外电压。实验时改变正、负极板间液面高低、调节滑动变阻器，从而改变内、外电阻阻值，记录相应的内、外电压U内、U外。由实验数据可以证明，当内电阻不变，外电阻阻值增大时，外电压增大，内电压减小;当外电阻不变，内电阻阻值增大时，内电压增大，外电压减小。内、外电压之和为恒量，这一恒量称为电源电动势(electromotiveforce),通常用符号E表示，单位为伏特(V)。E＝U外＋U内闭合电路中电流与电源电动势之间存在什么关系?02在闭合电路中，若外电路用电器为纯电阻,阻值为R,回路中电流为I,电源内阻为r,则根据E=U外+U内，又U外=IR，U内=Ir,因此即在闭合电路中电流与电源电动势成正比，与内、外电阻的阻值之和成反比，这个结论叫做闭合电路欧姆定律(Ohmlawofclosedcircuit)。相应的，初中学习的欧姆定律称为部分电路欧姆定律。在闭合电路中电流与电源电动势成正比，与内、外电阻的阻值之和成反比．1、内容:E＝U外＋Ir2、表达式:3、推导式:E＝U外＋U内E＝IR＋IrU外＝E－Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合回路既适用于外电路为纯电阻电路也适用于非纯电阻电路说明：（1）

是外电路上总的电势降落，习惯上叫外电压（端电压）.（2）

是内电路上的电势降落，习惯上叫内电压.示例

在如图10-44所示的电路中，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，若电阻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可以求出电路中的电流，再对外电路根据部分电路欧姆定律求出外电压。【例1】在如图所示的电路中，电源的电动势为1.5V，内阻为0.12Ω，外电路的电阻为1.38Ω,求电路中的电流和路端电压.解：由闭合电路欧姆定律，电路中的电流为路端电压RSEr【例3】如图所示，R1=8.0Ω，R2=5.0Ω，当单刀双掷开关S扳到位置1时，测得的电流I1=0.2A；当S扳到位置2时，测得电流I2=0.3A。求电源电动势E和内电阻r。rSEAR1R212答案：r=1.0Ω，E=1.80V路端电压跟负载R(电路中消耗电能的元件)的关系03RIU内U外E.r

一定I=ER+rU内=Ir

E=U外+U内RIU内U外E.r

一定I=

ER+rU内=Ir

E=U外+U内1.理论根据：（1）闭合电路欧姆定律（2）部分电路欧姆定律3.结论：路端电压随着外电阻的增大（减小）而增大（减小）。2.逻辑推理：闭合开关S，将外电路的滑动变阻器R向左移动(增大R)，观察电压表的示数将会做什么变化？E、rsRAV若R向右移动呢？4.两种特例：R=0I=E/rU内=EU外=0E.r一定I=ER+rU内=Ir

E=U外+U内（1）短路（2）断路R=∞I=0U内=0U外=EE.r一定I=ER+rU内=Ir

E=U外+U内5.结论：当外电路短路时，电路中的电流I短=E/r，內电压等于电动势；当外电路断路时，路端电压等于电动势。为什么晚上7、8点钟的时候家里面的灯看起来很昏暗，而夜深人静时又变亮了呢？RIU内U外E.r

一定I=

ER+rU内=Ir

E=U外+U内你现在能解释刚才的现象了吗？s1s2L1L2L3s3想一想为何新旧电池不能混用？解释：电池用久后，里面的物质由于电化学反应发生变化，导致内电阻变大，内电阻分压增大，输出的电压就减小。电源为什么能在闭合回路中产生持续电流?04正极负极++++++1、灯泡要持续的发光，那么电路中将有持续的电流，那电路中将要有持续的电荷移动.2、电路中要有持续的电荷移动，那持续移动的电荷哪里来，靠谁来维持？电源的作用是什么？想一想请结合右图，探究如下问题：3.电源外部电路中能量是如何转化的？这种转化又是如何实现的？1.判断电源外部电路中的电场方向。2.正电荷在电源外部电路中如何移动？（以正电荷定向移动形成电流为例）正极负极++++++沿导线从正极指向负极在电场力作用下从正极向负极定向移动电能转化为其他形式能；通过电流做功（流过用电器）想一想电源内部分析++++++------++++++++--------++++++3、在电源内部，正电荷（或自由电荷）所受的电场力方向与电荷移动方向相同还是相反？相反；结合电源示意图，探究如下问题：1、在电源内部，电流方向如何？正电荷又是怎样移动的？如果没有这种移动，将会是什么结果？从负极流向正极；正电荷从负极流向正极；不会有持续电流。2、电源内部有电场吗？若有，方向如何？有；从正极指向负极正极负极电源+++++++++外电路内电路F电F非5．从做功与能量转化的角度，你是怎样理解电源在电路中的作用的？这种作用可以与生活中的什么现象类比？4.试猜想一下，正电荷在电源内部移动的过程中，除静电力外，是否还受其它力作用，是否做功？有非静电力；电场力做负功，非静电力做正功。通过非静电力做功，电源将其他形式能转化为电能；与滑梯—升降机模型类似。电路玩滑梯外电路滑梯电池内部升降机电场力对正电荷做电势能

重力对人做

重力势能非静电力对正电荷做克服电势能拉力对人做克服重力势能类比正功减小正功重力增加正功减小正功增加电场力(1)作用：使电路中产生持续电流（或电路两端保持一定电压）。(2)在外电路中，电能转化为其他形式能；在内电路中，其他形式能转化为电能。1、电源：电源就是通过非静电力做功，把其他形式的能转化为电能（电势能）的装置。（从能量转化的角度看）2.非静电力(1)非静电力的作用：把正电荷由______搬运到________，同时在该过程中非静电力做功，将___________________转化为电能。 (2)非静电力的实质：在电池中是指___________，在发电机中是指____________。负极正极其他形式的能量化学作用电磁作用(3)从力的角度，非静电力是电荷在电源内部受到的除静电力之外的其它力的统称。

不同的电源非静电力做功的本领是不同的，我们用电动势来表达电源的这种特性。（1）定义：非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值。（4）物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能(电势能)本领的大小；（电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功）。（3）单位：伏特V(1V=1J/C)（2）公式：eg、干电池的电动势为1.5V：表明在干电池内移送1C的电荷量时，可将1.5J的化学能转化为电势能。手机电池的电动势为3.7V：表明在手机电池内移送1C的电荷量时，可将3.7J的化学能转化为电势能。3、电动势（E）5、特点：（1）电动势E由电源中非静电力的特性（电源本身性质）决定，跟W、q无关，与电源的体积、形状无关，与是否联入电路及外电路的情况无关。（2）电动势E越大，表明每移动1C的电荷，电源可把更多的其他形式的能量转化为电势能.6、电动势的测量方法：对于理想电压表（内阻为无穷大），测量值等于电动势；对于实际电压表（内阻为有限值），测量值小于电动势。电压表内阻越小，误差越大。在没有接入外电路时，电源两极间的电压电动势E与电压U的区别与联系路端电压与电流的关系05E、rsR1AVR02．电源的U­—I图像(1)图像的函数表达式：U＝E－Ir。(2)图像表示：电源的外电路的特性曲线(路端电压U随电流I变化的图像)，如图所示是一条斜向下的直线。(3)当外电路断路时(即R―→∞，I＝0)：纵轴上的截距表示电源的电动势E(E＝U端)；当外电路短路时(R＝0，U＝0)：横坐标的截距表示电源的短路电流I短=E/r。(条件：坐标原点均从0开始)(4)图线的斜率：其绝对值为电源的内电阻，即r＝E/I短

＝

。(5)某点纵坐标和横坐标值的乘积：为电源的输出功率，在图中的那块矩形的“面积”表示电源的输出功率。闭合电路的U-I图象Uo

IEU0M（I0,U0）βαbaNI0Im1）图中a为闭合电路的U-I

图象b为部分电路(外电阻)的U-I图象2）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（即工作时的实际电压和实际电流——实际功率P实=U0I0）

3）a的斜率的绝对值表示电源内阻的大小、b的斜率的绝对值表示接入电路中外电阻的的大小部分电路中电阻的U－I图象与闭合电路中电源的U－I图象的区别

电阻电源U－I图象研究对象对某一固定电阻而言，两