2021-2022学年新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律2闭合电路的欧姆定律课件新人教版必修第三

2.闭合电路的欧姆定律一、电动势:1.定义:电动势在数值上等于_________把____的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功,即非静电力所做的功W非与移送________的比值,用E表示,E=

。

2.物理意义:反映电源_____________本领大小的物理量。3.单位:与电势、电势差的单位_____,为______。4.标量:规定电动势的方向为电源内部_____的方向,即在电源内部由电源___极指向___极。课前自主学习非静电力1C电荷量q非静电力做功相同伏特V电流负正二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1.内、外电路:(1)概念:内电路是电源_____电路,外电路是电源_____电路。(2)特点:外电路中电流由电源___极流向___极,沿电流方向电势_____;内电路中电流由电源___极流向___极,沿电流方向电势_____。内部外部正负降低负正升高2.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_____,跟内、外电路的电阻之和成_____。(2)公式:I=①或E=IR+Ir②或E=U内+U外③。(3)适用条件:①、②适用于外电路为_______电路,③适用于一切电路。正比反比纯电阻三、路端电压与负载的关系1.路端电压的表达式:U=_____。2.路端电压随外电阻的变化规律:(1)当外电阻R增大时,电流I减小,路端电压_____。(2)当外电阻R减小时,电流I增大,路端电压_____。(3)两个特例:外电路断开时,R→∞,I=__,U=__,据此特点可测电源电动势。外电路短路时,R=0,I=,U=__,据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因。E-Ir增大减小0E03.路端电压U与电流I的关系:由U=E-Ir可知,U-I图像是一条斜向下的直线,如图所示。(1)图像中U轴截距E表示电源的_______。(2)I轴截距I0等于_________。(3)图线斜率的绝对值表示电源的_____,即__=

。电动势短路电流内阻r主题一电动势任务1电动势的理解【生活情境】小朋友在玩游戏时,如图所示,将小球从地面搬至滑梯上面,再让小球从滑梯上滑至地面。为了保持总有小球从滑梯上滑下,小朋友必须不断地将小球从地面搬至滑梯上。小朋友对小球做功,使小球重力势能增加。课堂合作探究【问题探究】(1)小球沿滑梯滚下的过程,可以类比电源在闭合电路中的哪一个过程?提示:可以类比为在外电路电场力做正功将电能转化为其他形式的能的过程。(2)小朋友不断将小球从地面搬到滑梯上的过程,可以类比为电源在闭合电路中的哪一过程?提示:可以类比为在电源内部非静电力做功将其他形式的能转化为电能的过程。任务2非静电力做功【实验情境】日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的各种电池,它们有的标有“1.5V”字样,有的标有“3.7V”字样。【问题探究】(1)如果把1C的正电荷分别从1.5V和3.7V的干电池的负极移到正极,非静电力分别做了多少功?提示:根据电动势表达式E=可知W非=qE,所以非静电力分别做了1.5J和3.7J的功。(2)两次电势能增加多少?提示:根据功能关系知两次电势能分别增加了1.5J和3.7J。(3)哪个电池做功本领大?提示:根据电动势的物理意义知3.7V的干电池做功本领大。【结论生成】1.E=

是电动势的定义式而不是决定式,E的大小与W和q无关,是由电源自身的性质决定的。电动势不同,表示电源将其他形式的能转化为电能的本领不同。2.电动势与电势差的区别与联系:(1)区别:电势差U=

反映电场力做功,将电势能转化为其他形式的能;而电动势E=

反映非静电力做功,将其他形式的能转化为电能。能的转化方向不同。(2)联系:电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差。【典例示范】(多选)关于电动势E的说法中正确的是 (

)A.电动势E的大小,与非静电力所做的功W的大小成正比,与移送电荷量q的大小成反比B.电动势E是由电源本身决定的,跟电源的体积和外电路均无关C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同【解析】选B、C。电动势是一个用比值定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。电动势和电势差尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C。【素养训练】1.(多选)在新冠肺炎疫情出现后,全国上下纷纷参与到了这场没有硝烟的“战争”中。某厂家生产的医用监护仪紧急发往疫区医院,其配套的电池如图所示,某同学根据电池上的标识,所做判断正确的是 (

)A.电源接入电路时两极间的电压为12VB.电源没有接入电路时两极间的电压为12VC.该电池充电一次可以提供的最大电能为2.76×104JD.该电池充电一次可以提供的最大电能为9.936×104J【解析】选B、D。该电池的电动势为12V,即电源没有接入电路时两极间的电压为12V,选项A错误,选项B正确;该电池充电一次可以提供的最大电能为E电=EIt=12V×2.3A·h=12V×2.3A×3600s=9.936×104J,选项C错误、D正确。2.由六节干电池(每节的电动势为1.5V)串联组成的电池组,对一电阻供电。电路中的电流为2A,在10s内电源做功为180J,则电池组的电动势为多少?从计算结果中你能得到什么启示?【解析】由E=及q=It得E=9V=1.5×6V,故可得出串联电池组的总电动势等于各干电池的电动势之和。答案:9V串联电池组的总电动势等于各干电池的电动势之和【补偿训练】下列是对电源电动势概念的认识,正确的是 (

)A.同一电源接入不同的电路,电动势就会发生变化号干电池比7号干电池大,但电动势相同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,电源把其他形式的能转化为电势能越多,电动势就越大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【解析】选B。电动势的大小由电源本身,即非静电力性质决定,与外电路及电池体积无关,A错误,B正确;电动势在数值上等于搬运1C电荷量把其他形式的能转化为电势能的数值,由于没确定多少电荷量,所以C错误;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,而电压是电势差的大小,D错误。主题二闭合电路欧姆定律及其能量分析【实验情境】如图所示为一闭合电路,电源电动势为E,内阻为r,外电阻阻值为R。闭合开关后电流为I。在时间t内【问题探究】(1)外电路和内电路产生的焦耳热各是多少?提示:由焦耳定律知外电路产生焦耳热Q1=I2Rt,内电路产生焦耳热Q2=I2rt。(2)电源非静电力做功为多少?提示:W=EIt。(3)该电路中存在怎样的能量关系?提示:该电路中电源内非静电力做功把其他形式的能转化为电能,电能再通过电流做功转化为内外电路的焦耳热,根据能量转化与守恒定律知W=Q1+Q2,即EIt=I2Rt+I2rt。(4)你能进一步得出E、R和r间的关系吗?提示:由EIt=I2Rt+I2rt得E=IR+Ir。【结论生成】闭合电路的欧姆定律的分析:(1)三种表达方式:①I=

②E=IR+Ir③E=U外+U内。(2)当电源没有接入电路时,因无电流通过内电路,所以U内=0,此时E=U外,即电源电动势等于电源没有接入电路时的路端电压。(3)I=或E=I(R+r)只适用于外电路为纯电阻的闭合电路,U外=E-Ir和E=U外+U内适用于所有的闭合电路。(4)闭合电路的欧姆定律反映的只是电动势和路端电压的数量关系,它们的本质是不同的,电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能本领的大小;而路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式能的本领大小。【典例示范】在如图所示的电路中,R1=9Ω,R2=5Ω,当a、b两点间接理想的电流表时,其读数为0.5A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8V。求电源的电动势和内电阻。【解析】当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5A,由闭合电路欧姆定律得:E=I1(R2+r) ①当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流I2==0.2A由闭合电路欧姆定律得:E=I2(R2+R1+r) ②联立①②得:E=3V,r=1Ω答案:3V

1Ω【规律方法】1.路端电压随外电阻的变化规律:(1)外电阻R增大时,电流I减小,路端电压U增大,当R增大到无限大(断路)时,I=0,U=E,可由此测出电源两极间的电压,即为电动势。(2)外电阻R减小时,电流I增大,路端电压U减小,当R减小到零(短路)时,I短=

,U=0,因为r很小,则此时I短很大,会烧坏电源,甚至引起火灾。2.路端电压U随电流I变化的图像(即电源的U-I关系图像):(1)U-I图像的函数表达式:U=E-Ir。(2)U-I图像特点:位于第一象限,与横纵坐标轴相交的倾斜直线,如图所示。(3)推论。①外电路断路时,I=0,由U=E-Ir知,U=E,所以U-I图像纵轴上的截距表示电源的电动势E,即断路时,路端电压在数值上等于电源的电动势。②外电路短路时:U=0,所以U-I图像横轴上的截距表示电源的短路电流I短=,因此电源的内阻r=,即内阻等于U-I图像斜率的绝对值。3.动态电路的分析方法——程序法:基本思路是“局部→整体→局部”。分析步骤如下:(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。(2)根据局部电阻的变化,确定电路的外电阻R外总如何变化。(3)根据闭合电路欧姆定律I总=

,确定电路的总电流如何变化。(4)由U内=I总r,确定电源的内电压如何变化。(5)由U外=E-U内,确定电源的路端电压如何变化。(6)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化。(7)确定支路两端的电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化。【素养训练】(多选)如图所示,闭合开关S并调节滑动变阻器滑片P的位置,使A、B、C三灯亮度相同。若继续将P向下移动,则三灯亮度变化情况为 (

)灯变亮灯变亮灯变暗 灯变亮【解析】选A、C、D。将变阻器滑片P向下移动时,接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律得知,总电流IA增大,则A灯变亮。并联部分的电压U并=E-IA(RA+r),E、RA、r不变,IA增大,U并减小,IB减小,B灯变暗。通过C灯的电流IC=IA-IB,IA增大,IB减小,则IC增大,C灯变亮。综上可知,A、C、D正确。【课堂回眸】1.(多选)如图为一块手机电池的背面印有的一些符号,下列说法正确的是 (

)

A.该电池的容量为500mA·hB.该电池的电动势为3.6VC.该电池在工作1小时后达到的电流为500mAD.若电池以10mA的电流工作,可用50小时课堂素养达标【解析】选A、B、D。电池上的3.6V表示电动势,500mA·h表示电池容量,可以由电池容量计算在一定放电电流下使用的时间,由500mA·h=t×10mA,得t=50h,所以A、B、D选项正确。课堂素养达标2.在如图所示的电路中,当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的读数为3V;当开关S1、S2均闭合时,电压表的读数为1.8V。已知电压表为理想电表,外接电阻为R,电源内阻为r。由以上数据可知

为 (

)

A.

B.

C.

D.

【解析】选D。当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3V。当开关S1、S2均闭合时,U外=1.8V,所以U内=E-U外=1.2V,因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8V∶1.2V=3∶2,故选D。【补偿训练】如图所示电路中,L1、L2为两只完全相同、阻值恒定的灯泡,R为光敏电阻(光照越强,阻值越小)。闭合开关S后,随着光照强度逐渐增强 (

)

1逐渐变暗,L2逐渐变亮1逐渐变亮,L2逐渐变暗C.电源内电路消耗的功率逐渐减小D.光敏电阻R和灯泡L1消耗的总功率逐渐增大【解析】选A。当光照增强时,光敏电阻的阻值减小,电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中总电流增大,则灯L2逐渐变亮,由U=E-Ir可知路端电压减小,灯L2的电压增大,则L1两端的电压减小,故灯L1逐渐变暗,A正确,B错误;总电