閉合電路歐姆定律、電源電動(dòng)勢及內(nèi)阻(課件)（滬科版2020必修第三冊）

第十章電路及其應(yīng)用10.5閉合電路歐姆定律、電源電動(dòng)勢及內(nèi)阻滬科版（2020）2022-2023學(xué)年高中物理同步備課系列必修第三冊目錄contents閉合電路中內(nèi)、外電壓之間存在什么關(guān)系?0102閉合電路中電流與電源電動(dòng)勢之間存在什么關(guān)系?03路端電壓跟負(fù)載R(電路中消耗電能的元件)的關(guān)系04電源為什么能在閉合回路中產(chǎn)生持續(xù)電流?為了能在導(dǎo)體兩端間維持一個(gè)穩(wěn)定的電勢差以產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，科學(xué)家探尋了很長時(shí)問。直到1800年，意大利物理學(xué)家伏打(A.Volta,1745-1827)發(fā)明了伏打電池才出現(xiàn)突破。如圖10-41所示，許多伏打電池依次疊放起來成為很高的一摞，被稱為伏打電堆。為了紀(jì)念伏打在電學(xué)中的貢獻(xiàn)，把電壓的單位命名為伏特。其實(shí)，我們用一個(gè)水果、一片鋅片和一片銅片即可以制作一個(gè)電池。新課導(dǎo)入（1）把由電源、用電器和導(dǎo)線等組成的完整回路叫做閉合電路或者全電路。（2）閉合電路可以分成兩部分，其中電源外部的電路叫做外電路，電源內(nèi)部的電路叫做內(nèi)電路。（3）外電路對電流的阻礙作用叫做外電阻，用R表示;內(nèi)電路對電流的阻礙作用叫做內(nèi)電阻簡稱內(nèi)阻，用r表示。（4）外電路兩端的電壓，稱為外電壓(U外),也叫做端電壓，它是電源正負(fù)極兩端的電壓;內(nèi)電路兩端的電壓，稱為內(nèi)電壓(U內(nèi))。rERSAB外電路內(nèi)電路要弄清水果電池兩端電壓“消失”的原因，我們需要對電路的知識(shí)有更多的了解。1、基本概念內(nèi)電路等效示意圖閉合電路中內(nèi)、外電壓之間存在什么關(guān)系?01如圖10-43所示為探究外電壓、內(nèi)電壓間關(guān)系的儀器可調(diào)高內(nèi)阻電池。這種電池的正、負(fù)極板(A、B)為二氧化鉛及鉛，電解液為稀硫酸。與一般的鉛蓄電池相比，它的內(nèi)阻是可以調(diào)節(jié)的。只要降低或者提升電池兩極之間的液面高度，電源的內(nèi)阻便會(huì)增大或減小。外電路接有滑動(dòng)變阻器，可以方便地改變外電阻的大小。位于兩個(gè)電極內(nèi)側(cè)的探針a、b與電壓表V1相連，測量內(nèi)電壓;電源的兩極A、B與電壓表V2相連，測量外電壓。實(shí)驗(yàn)時(shí)改變正、負(fù)極板間液面高低、調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，從而改變內(nèi)、外電阻阻值，記錄相應(yīng)的內(nèi)、外電壓U內(nèi)、U外。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以證明，當(dāng)內(nèi)電阻不變，外電阻阻值增大時(shí)，外電壓增大，內(nèi)電壓減小;當(dāng)外電阻不變，內(nèi)電阻阻值增大時(shí)，內(nèi)電壓增大，外電壓減小。內(nèi)、外電壓之和為恒量，這一恒量稱為電源電動(dòng)勢(electromotiveforce),通常用符號E表示，單位為伏特(V)。E＝U外＋U內(nèi)閉合電路中電流與電源電動(dòng)勢之間存在什么關(guān)系?02在閉合電路中，若外電路用電器為純電阻,阻值為R,回路中電流為I,電源內(nèi)阻為r,則根據(jù)E=U外+U內(nèi)，又U外=IR，U內(nèi)=Ir,因此即在閉合電路中電流與電源電動(dòng)勢成正比，與內(nèi)、外電阻的阻值之和成反比，這個(gè)結(jié)論叫做閉合電路歐姆定律(Ohmlawofclosedcircuit)。相應(yīng)的，初中學(xué)習(xí)的歐姆定律稱為部分電路歐姆定律。在閉合電路中電流與電源電動(dòng)勢成正比，與內(nèi)、外電阻的阻值之和成反比．1、內(nèi)容:E＝U外＋I(xiàn)r2、表達(dá)式:3、推導(dǎo)式:E＝U外＋U內(nèi)E＝IR＋I(xiàn)rU外＝E－Ir只適用于外電路為純電阻的閉合回路既適用于外電路為純電阻電路也適用于非純電阻電路說明：（1）

是外電路上總的電勢降落，習(xí)慣上叫外電壓（端電壓）.（2）

是內(nèi)電路上的電勢降落，習(xí)慣上叫內(nèi)電壓.示例

在如圖10-44所示的電路中，電源電動(dòng)勢E=9V,內(nèi)阻r=2Ω，外電阻R為可變電阻箱。閉合開關(guān)，若電阻R分別調(diào)節(jié)到R1=2Ω、R2=10Ω、R3=400Ω，求回路中的電流及外電壓。分析:根據(jù)閉合電路歐姆定律可以求出電路中的電流，再對外電路根據(jù)部分電路歐姆定律求出外電壓?！纠?】在如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢為1.5V，內(nèi)阻為0.12Ω，外電路的電阻為1.38Ω,求電路中的電流和路端電壓.解：由閉合電路歐姆定律，電路中的電流為路端電壓RSEr【例3】如圖所示，R1=8.0Ω，R2=5.0Ω，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S扳到位置1時(shí)，測得的電流I1=0.2A；當(dāng)S扳到位置2時(shí)，測得電流I2=0.3A。求電源電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r。rSEAR1R212答案：r=1.0Ω，E=1.80V路端電壓跟負(fù)載R(電路中消耗電能的元件)的關(guān)系03RIU內(nèi)U外E.r

一定I=ER+rU內(nèi)=Ir

E=U外+U內(nèi)RIU內(nèi)U外E.r

一定I=

ER+rU內(nèi)=Ir

E=U外+U內(nèi)1.理論根據(jù)：（1）閉合電路歐姆定律（2）部分電路歐姆定律3.結(jié)論：路端電壓隨著外電阻的增大（減小）而增大（減?。?.邏輯推理：閉合開關(guān)S，將外電路的滑動(dòng)變阻器R向左移動(dòng)(增大R)，觀察電壓表的示數(shù)將會(huì)做什么變化？E、rsRAV若R向右移動(dòng)呢？4.兩種特例：R=0I=E/rU內(nèi)=EU外=0E.r一定I=ER+rU內(nèi)=Ir

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

E=U外+U內(nèi)5.結(jié)論：當(dāng)外電路短路時(shí)，電路中的電流I短=E/r，內(nèi)電壓等于電動(dòng)勢；當(dāng)外電路斷路時(shí)，路端電壓等于電動(dòng)勢。為什么晚上7、8點(diǎn)鐘的時(shí)候家里面的燈看起來很昏暗，而夜深人靜時(shí)又變亮了呢？RIU內(nèi)U外E.r

一定I=

ER+rU內(nèi)=Ir

E=U外+U內(nèi)你現(xiàn)在能解釋剛才的現(xiàn)象了嗎？s1s2L1L2L3s3想一想為何新舊電池不能混用？解釋：電池用久后，里面的物質(zhì)由于電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生變化，導(dǎo)致內(nèi)電阻變大，內(nèi)電阻分壓增大，輸出的電壓就減小。電源為什么能在閉合回路中產(chǎn)生持續(xù)電流?04正極負(fù)極++++++1、燈泡要持續(xù)的發(fā)光，那么電路中將有持續(xù)的電流，那電路中將要有持續(xù)的電荷移動(dòng).2、電路中要有持續(xù)的電荷移動(dòng)，那持續(xù)移動(dòng)的電荷哪里來，靠誰來維持？電源的作用是什么？想一想請結(jié)合右圖，探究如下問題：3.電源外部電路中能量是如何轉(zhuǎn)化的？這種轉(zhuǎn)化又是如何實(shí)現(xiàn)的？1.判斷電源外部電路中的電場方向。2.正電荷在電源外部電路中如何移動(dòng)？（以正電荷定向移動(dòng)形成電流為例）正極負(fù)極++++++沿導(dǎo)線從正極指向負(fù)極在電場力作用下從正極向負(fù)極定向移動(dòng)電能轉(zhuǎn)化為其他形式能；通過電流做功（流過用電器）想一想電源內(nèi)部分析++++++------++++++++--------++++++3、在電源內(nèi)部，正電荷（或自由電荷）所受的電場力方向與電荷移動(dòng)方向相同還是相反？相反；結(jié)合電源示意圖，探究如下問題：1、在電源內(nèi)部，電流方向如何？正電荷又是怎樣移動(dòng)的？如果沒有這種移動(dòng)，將會(huì)是什么結(jié)果？從負(fù)極流向正極；正電荷從負(fù)極流向正極；不會(huì)有持續(xù)電流。2、電源內(nèi)部有電場嗎？若有，方向如何？有；從正極指向負(fù)極正極負(fù)極電源+++++++++外電路內(nèi)電路F電F非5．從做功與能量轉(zhuǎn)化的角度，你是怎樣理解電源在電路中的作用的？這種作用可以與生活中的什么現(xiàn)象類比？4.試猜想一下，正電荷在電源內(nèi)部移動(dòng)的過程中，除靜電力外，是否還受其它力作用，是否做功？有非靜電力；電場力做負(fù)功，非靜電力做正功。通過非靜電力做功，電源將其他形式能轉(zhuǎn)化為電能；與滑梯—升降機(jī)模型類似。電路玩滑梯外電路滑梯電池內(nèi)部升降機(jī)電場力對正電荷做電勢能

重力對人做

重力勢能非靜電力對正電荷做克服電勢能拉力對人做克服重力勢能類比正功減小正功重力增加正功減小正功增加電場力(1)作用：使電路中產(chǎn)生持續(xù)電流（或電路兩端保持一定電壓）。(2)在外電路中，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能；在內(nèi)電路中，其他形式能轉(zhuǎn)化為電能。1、電源：電源就是通過非靜電力做功，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能（電勢能）的裝置。（從能量轉(zhuǎn)化的角度看）2.非靜電力(1)非靜電力的作用：把正電荷由______搬運(yùn)到________，同時(shí)在該過程中非靜電力做功，將___________________轉(zhuǎn)化為電能。 (2)非靜電力的實(shí)質(zhì)：在電池中是指___________，在發(fā)電機(jī)中是指____________。負(fù)極正極其他形式的能量化學(xué)作用電磁作用(3)從力的角度，非靜電力是電荷在電源內(nèi)部受到的除靜電力之外的其它力的統(tǒng)稱。

不同的電源非靜電力做功的本領(lǐng)是不同的，我們用電動(dòng)勢來表達(dá)電源的這種特性。（1）定義：非靜電力把正電荷從負(fù)極移送到正極所做的功跟被移送的電荷量的比值。（4）物理意義：反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能(電勢能)本領(lǐng)的大小；（電動(dòng)勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極移送到正極所做的功）。（3）單位：伏特V(1V=1J/C)（2）公式：eg、干電池的電動(dòng)勢為1.5V：表明在干電池內(nèi)移送1C的電荷量時(shí)，可將1.5J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能。手機(jī)電池的電動(dòng)勢為3.7V：表明在手機(jī)電池內(nèi)移送1C的電荷量時(shí)，可將3.7J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能。3、電動(dòng)勢（E）5、特點(diǎn)：（1）電動(dòng)勢E由電源中非靜電力的特性（電源本身性質(zhì)）決定，跟W、q無關(guān)，與電源的體積、形狀無關(guān)，與是否聯(lián)入電路及外電路的情況無關(guān)。（2）電動(dòng)勢E越大，表明每移動(dòng)1C的電荷，電源可把更多的其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電勢能.6、電動(dòng)勢的測量方法：對于理想電壓表（內(nèi)阻為無窮大），測量值等于電動(dòng)勢；對于實(shí)際電壓表（內(nèi)阻為有限值），測量值小于電動(dòng)勢。電壓表內(nèi)阻越小，誤差越大。在沒有接入外電路時(shí)，電源兩極間的電壓電動(dòng)勢E與電壓U的區(qū)別與聯(lián)系路端電壓與電流的關(guān)系05E、rsR1AVR02．電源的U-—I圖像(1)圖像的函數(shù)表達(dá)式：U＝E－Ir。(2)圖像表示：電源的外電路的特性曲線(路端電壓U隨電流I變化的圖像)，如圖所示是一條斜向下的直線。(3)當(dāng)外電路斷路時(shí)(即R―→∞，I＝0)：縱軸上的截距表示電源的電動(dòng)勢E(E＝U端)；當(dāng)外電路短路時(shí)(R＝0，U＝0)：橫坐標(biāo)的截距表示電源的短路電流I短=E/r。(條件：坐標(biāo)原點(diǎn)均從0開始)(4)圖線的斜率：其絕對值為電源的內(nèi)電阻，即r＝E/I短

＝

。(5)某點(diǎn)縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)值的乘積：為電源的輸出功率，在圖中的那塊矩形的“面積”表示電源的輸出功率。閉合電路的U-I圖象Uo

IEU0M（I0,U0）βαbaNI0Im1）圖中a為閉合電路的U-I

圖象b為部分電路(外電阻)的U-I圖象2）兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)的路端電壓與電流（即工作時(shí)的實(shí)際電壓和實(shí)際電流——實(shí)際功率P實(shí)=U0I0）

3）a的斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻的大小、b的斜率的絕對值表示接入電路中外電阻的的大小部分電路中電阻的U－I圖象與閉合電路中電源的U－I圖象的區(qū)別

電阻電源U－I圖象研究對象對某一固定電阻而言，兩