人教版高中物理必修三 （閉合電路的歐姆定律）新課件

第2節(jié)閉合電路的歐姆定律

核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究1.知道什么是電源，了解電路中靜電力和非靜電力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。2.知道電動(dòng)勢(shì)的定義式。3.了解電源的內(nèi)阻。4.了解內(nèi)電路、外電路，知道電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)、外電壓的關(guān)系。5.掌握閉合電路歐姆定律并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。1.通過(guò)類比的方法使學(xué)生加深對(duì)電源及電動(dòng)勢(shì)概念的理解，會(huì)用電動(dòng)勢(shì)的定義式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。2.會(huì)用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，培養(yǎng)邏輯思維能力。3.會(huì)從公式和圖像兩個(gè)角度分析路端電壓U與電流I的關(guān)系，培養(yǎng)用圖像法表述和分析圖像問(wèn)題的能力。收集信息，了解各種型號(hào)的電源、電池，知道同一種類的電池電動(dòng)勢(shì)相同，但內(nèi)阻和容量不同。知識(shí)點(diǎn)一電動(dòng)勢(shì)[觀圖助學(xué)] (1)如圖甲所示，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之間用一細(xì)管連起來(lái)，則水在重力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，A、B之間的高度差很快消失。在這個(gè)過(guò)程中，水管中只有一個(gè)短暫水流。怎樣才能保持A、B之間穩(wěn)定的高度差，在A、B之間形成持續(xù)的水流呢？(2)如圖乙所示，電源在電路中的作用相當(dāng)于抽水機(jī)的作用，它能不斷地將流到負(fù)極的正電荷搬運(yùn)到正極，從而保持正、負(fù)極間有穩(wěn)定的電勢(shì)差，維持電路中有持續(xù)的電流。電源是通過(guò)什么力做功實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的？甲乙1.電源(1)定義：通過(guò)非靜電力做功把________________轉(zhuǎn)化為________的裝置。(2)能量轉(zhuǎn)化：在電源內(nèi)部，非靜電力做正功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為________，在電源外部，________做正功，________轉(zhuǎn)化為其他形式的能。其他形式的能電勢(shì)能電勢(shì)能靜電力電勢(shì)能2.電動(dòng)勢(shì)非靜電力做功正電荷伏特非靜電力外電路(5)常用電池的電動(dòng)勢(shì)1.5干電池鉛蓄電池鋰電池鋅汞電池________V________V3V或3.6V1.2V3.內(nèi)阻：電源內(nèi)部________的電阻。4.容量：電池放電時(shí)能輸出的總電荷量，其單位是：A·h或mA·h。2導(dǎo)體√×√×[觀圖助學(xué)]

手電筒中的電池用久了，雖然電動(dòng)勢(shì)沒減少多少，但小燈泡卻不怎么亮了。 (1)電源電動(dòng)勢(shì)幾乎不變，其內(nèi)阻變化明顯嗎？ (2)電路中電流變化明顯嗎？知識(shí)點(diǎn)二閉合電路歐姆定律及其能量分析1.閉合電路(1)閉合電路是指由電源和________及導(dǎo)線組成的完整的電路。(2)內(nèi)電路：如圖所示，____________的電路叫內(nèi)電路，________的電阻叫內(nèi)電阻。(3)外電路：____________的電路叫外電路，外電路的電阻稱為外電阻。用電器電源內(nèi)部電源電源外部2.閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化如圖所示，電路中電流為I，在時(shí)間t內(nèi)，________________等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的總和，即EIt＝________________。非靜電力做的功I2Rt＋I(xiàn)2rt3.閉合電路歐姆定律純電阻正比反比外電路[思考判斷](1)電源的電動(dòng)勢(shì)等于外電路電阻兩端的電壓。(

)(2)對(duì)整個(gè)閉合電路來(lái)說(shuō)，內(nèi)、外電阻串聯(lián)，它們分擔(dān)的電壓之和等于電源電動(dòng)勢(shì)的大小。(

)(3)在閉合電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路上電壓之和，所以電動(dòng)勢(shì)實(shí)質(zhì)上就是電壓。(

)×√×[觀圖助學(xué)]我們有這樣的經(jīng)驗(yàn)，傍晚是每一天用電高峰時(shí)段，萬(wàn)家燈火，但是燈光較暗；而夜深人靜的時(shí)候，燈光特別亮，這是為什么？還有，在家用電器使用中，打開大功率的空調(diào)后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)燈泡會(huì)變暗，而關(guān)掉空調(diào)后燈又會(huì)馬上亮起來(lái)，這是為什么？知識(shí)點(diǎn)三路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.路端電壓與電流的關(guān)系(1)公式：U＝________。(2)U－I圖像：如圖所示，該直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示________，斜率的絕對(duì)值表示電源的________。E－Ir電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻2.路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律I減小增大0E路端電壓電動(dòng)勢(shì)增大減小0[思考判斷](1)外電阻變化可以引起內(nèi)電壓的變化，從而引起內(nèi)電阻的變化。(

)(2)外電路的電阻越大，路端電壓就越大。(

)(3)路端電壓增大時(shí)，電源的輸出功率一定變大。(

)(4)電源斷路時(shí)，電流為零，所以路端電壓也為零。(

)(5)當(dāng)電源兩端短路時(shí)，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。(

)×√×××[觀察探究]

日常生活中我們經(jīng)常接觸到各種各樣的電源，如圖所示的干電池、手機(jī)電池，它們有的標(biāo)有“1.5V”字樣，有的標(biāo)有“3.7V”字樣。核心要點(diǎn)對(duì)電源電動(dòng)勢(shì)的理解如果把1C的正電荷從1.5V干電池的負(fù)極移到正極，電荷的電勢(shì)能增加了多少？非靜電力做了多少功？如果把1C的正電荷從3.7V的手機(jī)電池的負(fù)極移到正極呢？哪個(gè)電池做功的本領(lǐng)大？答案把1C的正電荷從1.5V干電池的負(fù)極移到正極，電勢(shì)能增加了1.5J，非靜電力做功1.5J；從3.7V手機(jī)電池的負(fù)極移到正極，電勢(shì)能增加了3.7J，非靜電力做功3.7J。3.7V手機(jī)電池做功本領(lǐng)大。[試題案例][例1](多選)下列說(shuō)法中正確的是(

)A.電源的電動(dòng)勢(shì)實(shí)質(zhì)上就是電源兩極間的電壓B.電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于斷路時(shí)兩極間的電壓C.電源的電動(dòng)勢(shì)與電壓的單位相同，但與電壓有本質(zhì)的區(qū)別D.電動(dòng)勢(shì)越大，電源兩極間的電壓一定越大解析電動(dòng)勢(shì)是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量。而電壓是電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，電動(dòng)勢(shì)與電壓有著本質(zhì)的區(qū)別，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)電源開路時(shí)，兩極間的電壓在數(shù)值上等于電源的電動(dòng)勢(shì)，但在閉合電路中，電源兩極間的電壓(路端電壓)隨外電阻的增大而增大，隨外電阻的減小而減小，當(dāng)電源短路時(shí)，R外＝0，這時(shí)路端電壓為零，所以選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤。答案BC[例2]將電動(dòng)勢(shì)為3V的電源接入電路中，測(cè)得電源兩極間的電壓為2.4V，當(dāng)電路中有6C的電荷流過(guò)時(shí)，求： (1)有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能； (2)外電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能； (3)內(nèi)電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。解析(1)W＝Eq＝3×6J＝18J，電源中共有18J其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)W1＝U1q＝2.4×6J＝14.4J，外電路中共有14.4J的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。(3)W2＝W－W1＝3.6J，內(nèi)電路中有3.6J電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。答案(1)18J

(2)14.4J

(3)3.6J[針對(duì)訓(xùn)練1](多選)鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為2V，這表示(

)A.電路中每通過(guò)1C的電荷，電源把2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能B.沒有接入電路時(shí)蓄電池兩極間的電壓為2VC.蓄電池在1s內(nèi)將2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電勢(shì)能D.蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)比一節(jié)干電池(電動(dòng)勢(shì)為1.5V)的大答案ABD[針對(duì)訓(xùn)練2]一臺(tái)發(fā)電機(jī)用0.5A的電流向外輸電，在1min內(nèi)將180J的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，則發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為(

) A.6V B.360V C.120V D.12V答案A[觀察探究]

如圖為閉合電路的組成。 (1)在外、內(nèi)電路中，沿著電流方向，各點(diǎn)電勢(shì)如何變化？ (2)若電源電動(dòng)勢(shì)為E，電路中的電流為I，在t時(shí)間內(nèi)非靜電力做功多少？?jī)?nèi)、外電路中產(chǎn)生的焦耳熱分別為多少？它們之間有怎樣的關(guān)系？ (3)閉合電路的電流I與電動(dòng)勢(shì)E、外電阻R和內(nèi)電阻r的關(guān)系怎樣？核心要點(diǎn)閉合電路歐姆定律的理解答案(1)在外電路中沿電流方向電勢(shì)降低；在內(nèi)電路中沿電流方向電勢(shì)升高。(2)EIt

I2rt

I2Rt

EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt[探究歸納]1.內(nèi)、外電路中的電勢(shì)變化如圖所示，外電路中電流由電源正極流向負(fù)極，沿電流方向電勢(shì)降低，內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極流向正極，沿電流方向電勢(shì)升高。2.閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式表達(dá)式物理意義適用條件電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路E＝I(R＋r)

①E＝U外＋I(xiàn)r

②E＝U外＋U內(nèi)

③電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和①式適用于純電阻電路；②、③式普遍適用EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt④W＝W外＋W內(nèi)⑤電源提供的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和④式適用于純電阻電路；⑤式普遍適用[試題案例][例3]在如圖所示的電路中，R1＝20.0Ω，R2＝10.0Ω，當(dāng)開關(guān)S扳到位置1時(shí)，電流表的示數(shù)為I1＝0.20A；當(dāng)開關(guān)S扳到位置2時(shí)，電流表的示數(shù)為I2＝0.30A，求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。思路點(diǎn)撥(1)當(dāng)開關(guān)S扳到位置1或位置2時(shí)，由其電流的大小能否求出路端電壓？(2)由閉合電路的規(guī)律E＝U＋I(xiàn)r可知，電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r出現(xiàn)在同一方程中，從數(shù)學(xué)的角度看如何求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻？答案(1)能。根據(jù)U＝IR即可求出路端電壓。(2)列出兩個(gè)關(guān)于E和r的方程解方程組求得。此題中通過(guò)單刀雙擲開關(guān)S給出了兩個(gè)電路，分別列出兩個(gè)方程聯(lián)立求解即可。解析設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，當(dāng)開關(guān)分別扳到1、2兩個(gè)位置時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律列出方程E＝I1R1＋I(xiàn)1r

①E＝I2R2＋I(xiàn)2r

②代入數(shù)據(jù)解之得E＝6V，r＝10Ω。答案6V

10Ω方法凝煉解決閉合電路問(wèn)題的一般步驟(1)分析電路，認(rèn)清各元件的串、并聯(lián)關(guān)系，必要時(shí)畫等效電路圖，特別注意電壓表和電流表對(duì)應(yīng)的電路。(2)求總電流I：若已知內(nèi)、外電路上所有電阻的阻值和電源電動(dòng)勢(shì)，可用閉合電路歐姆定律直接求出；若內(nèi)、外電路上有多個(gè)未知電阻，可利用某一部分電路的已知電阻和電壓求總電流I；當(dāng)以上方法都行不通時(shí)，可以聯(lián)立方程求出I。(3)根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流。(4)注意適用條件：外電路含有非純電阻元件時(shí)(如電動(dòng)機(jī)、電解槽等)，不能直接用歐姆定律解決電流問(wèn)題，可以根據(jù)串、并聯(lián)電路特點(diǎn)或能量守恒定律列式計(jì)算。[針對(duì)訓(xùn)練3]如圖所示的電路中，當(dāng)S閉合時(shí)，電壓表和電流表 (理想電表)的讀數(shù)分別為1.6V和0.4A，當(dāng)S斷開時(shí)，它們的示數(shù)變?yōu)?.7V和0.3A，則電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻各為多少？解析當(dāng)S閉合時(shí)，R1和R2并聯(lián)接入電路，由閉合電路歐姆定律得U1＝E－I1r代入數(shù)據(jù)得E＝1.6＋0.4r①當(dāng)S斷開時(shí)，只有R1接入電路，由閉合電路歐姆定律得U2＝E－I2r代入數(shù)據(jù)得E＝1.7＋0.3r

②聯(lián)立①②得E＝2V，r＝1Ω。答案2V

1Ω[觀察探究]在如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝10V，內(nèi)電阻r＝1Ω，試求當(dāng)外電阻分別是3Ω、4Ω、9Ω時(shí)所對(duì)應(yīng)的路端電壓.通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算，你發(fā)現(xiàn)了怎樣的規(guī)律？核心要點(diǎn)路端電壓與電流、負(fù)載的關(guān)系的理解及應(yīng)用答案外電壓分別為7.5V、8V、9V。隨著外電阻的增大，路端電壓逐漸增大。[探究歸納]1.外電阻的兩類變化引起的相應(yīng)變化(1)說(shuō)明：電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源沒有接入電路時(shí)的路端電壓。(2)說(shuō)明：由于電源內(nèi)阻很小，所以短路時(shí)會(huì)形成很大的電流，為保護(hù)電源，絕對(duì)不能把電源兩極直接相連接。2.閉合電路的電源及電阻的U－I圖像當(dāng)電阻R接入電動(dòng)勢(shì)為E的電源兩端時(shí)，電源和電阻的U－I圖像如圖所示。[試題案例][例4]電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，向可變電阻R供電，關(guān)于路端電壓，下列說(shuō)法正確的是(

) A.因?yàn)殡娫措妱?dòng)勢(shì)不變，所以路端電壓也不變 B.因?yàn)閁＝IR，所以當(dāng)I增大時(shí)，路端電壓也增大 C.因?yàn)閁＝E－Ir，所以當(dāng)I增大時(shí)，路端電壓減小 D.若外電路斷開，則路端電壓為零解析路端電壓U＝IR＝E－Ir，因?yàn)镮增大時(shí)，R減小，所以不能用U＝IR判斷路端電壓的變化情況，根據(jù)U＝E－Ir可知，當(dāng)I增大時(shí)，路端電壓減小，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)外電路斷開時(shí)，路端電壓為E，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C[例5]電路圖如圖甲所示，若電阻R阻值未知，電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻也未知，電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線及外電阻的U－I圖線如圖乙所示。求：(1)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；(2)電源的路端電壓；(3)電源的輸出功率。思路點(diǎn)撥(1)由電源的U－I圖線可知電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是多大？(2)圖乙中兩圖線交點(diǎn)的數(shù)據(jù)表示什么物理意義？答案電源的U－I圖線的縱坐標(biāo)截距表示電源電動(dòng)勢(shì)，所以E＝4V；圖線斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻，所以r＝1Ω。(2)表示閉合電路的路端電壓U＝3V，總電流I＝1A(2)由圖可知路端電壓是3V。(3)電源的輸出功率P＝UI＝3×1W＝3W。答案(1)4V

1Ω

(2)3V

(3)3W方法總結(jié)電阻的U－I圖像與電源的U－I圖像的區(qū)別

電阻電源U－I圖像、對(duì)某一固定電阻而言，兩端電壓與通過(guò)的電流成正比對(duì)電源進(jìn)行研究，路端電壓隨干路電流的變化規(guī)律[針對(duì)訓(xùn)練4]兩個(gè)電源的U－I圖像如圖所示，從圖像中可以看出(

) A.電池a的電動(dòng)勢(shì)較大，內(nèi)電阻較大 B.電池a的電動(dòng)勢(shì)較小，內(nèi)電阻較小 C.電池b的電動(dòng)勢(shì)較小，內(nèi)電阻較大 D.電池b的電動(dòng)勢(shì)較大，內(nèi)電阻較小

解析根據(jù)閉合電路歐姆定律知U＝E－Ir，故U－I圖像中圖像與縱軸的交點(diǎn)等于電源的電動(dòng)勢(shì)，由題圖可知，a的電動(dòng)勢(shì)較大，圖像斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻，a的斜率的絕對(duì)值較大，故a的內(nèi)阻較大，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。

答案A[針對(duì)訓(xùn)練5]如圖所示的圖線①表示某電池組的輸出電壓與電流的關(guān)系(U－I圖線)，圖線②表示其輸出功率與電流的關(guān)系(P－I圖線)。則下列說(shuō)法正確的是(

)答案A11.4串聯(lián)電路和并聯(lián)電路

導(dǎo)體的電阻如果把兩個(gè)電阻R1.R2串聯(lián)或并聯(lián)后看成一個(gè)電阻，你認(rèn)為這個(gè)電阻跟R1、R2應(yīng)該是怎樣的關(guān)系？1.電路

串聯(lián)：把幾個(gè)導(dǎo)體元件依次首尾相連的方式

并聯(lián)：把幾個(gè)元件的一端連在一起另一端也連在一起,然后把兩端接入電路的方式一、串并聯(lián)電路的特點(diǎn)2.電流

串聯(lián)：串聯(lián)電路各處電流相等，即

I0=I1=I2=I32.電流

并聯(lián)：并聯(lián)電路總電流等于各支路的電流之和，即

I0=I1+I2+I3+…3.電壓

串聯(lián)：各點(diǎn)的電勢(shì)與各點(diǎn)之間的電勢(shì)差有什么關(guān)系?U01=φ0－φ1U12=φ1－φ2U23=φ2－φ3U03=φ0－φ3U03=U01+U12+U23串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各部分電路電壓之和3.電壓

并聯(lián)：比較0、1、2、3點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系?U=U1=U2=U3并聯(lián)電路的總電壓與各支路的電壓相等φ0=φ1=φ2=φ3比較4、5、6點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系?φ4=φ5=φ6串聯(lián)電路的總電阻等于各部分電路電阻之和并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)之和兩個(gè)電阻并聯(lián)的總電阻的表達(dá)式：串、并聯(lián)電路總電阻的比較小結(jié)1.串聯(lián)電路串聯(lián)電路中每一個(gè)電阻都要分擔(dān)一部分電壓，電阻越大，分擔(dān)的電壓就越多，這就是串聯(lián)電路的分壓作用。2.并聯(lián)電路

并聯(lián)支路中每一條支路上的電阻都要分擔(dān)總電流的一部分，支路電阻越小，它分擔(dān)的電流就越大，這就是并聯(lián)電路的分流作用。改裝小量程電流表（表頭）1.小量程電流表（表頭）①作用：測(cè)量電路中的電流②原理：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用④內(nèi)阻Rg：表頭本身的電阻(Rg=2020Ω)⑥滿偏電流Ig（100μA）

滿偏電壓Ug（Ug=Ig×Rg=0.202mV）③電路圖符號(hào)：⑤也可以測(cè)電壓2.把表頭