閉合電路歐姆定律高二上學(xué)期物理魯科版（2019）必修第三冊(cè)

第1節(jié)閉合電路歐姆定律情境導(dǎo)入電與我們的生活密不可分。在用電過程中，我們可能會(huì)遇到一些問題：晚上正需要照明時(shí)，日光燈卻不能啟動(dòng)；炎熱的夏天，正需要防暑降溫時(shí)，空調(diào)卻不能正常工作；某大功率用電器啟動(dòng)時(shí)，正常發(fā)光的電燈會(huì)突然暗一下......為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？情境導(dǎo)入在用電過程中還可能會(huì)出現(xiàn)如短路、斷路等問題，輕則影響

電器工作，重則引起火災(zāi)，甚至危及生命。那么，如何排除這些

故障？如何做到安全用電、節(jié)約用電？通過本章的學(xué)習(xí)，你將會(huì)找到答案.情境導(dǎo)入你想過沒有，為什么干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)等電源能使電路保持一定的電壓并形成電流？本節(jié)，我們先學(xué)習(xí)一個(gè)描述電源特性的物理量——電動(dòng)勢，然后探究閉合電路所遵循的規(guī)律.一個(gè)完整的電路通常由電源、用電器、開關(guān)、導(dǎo)線等組成。開關(guān)閉合后，電路形成了電流的閉合回路，稱為閉合電路（圖4-1）。為了分析電路，我們將閉合電路分成兩部分：一部分是電源外部的電路，稱為外電路，包括導(dǎo)線和用電器等；另一部分是電源內(nèi)部的電路，稱為內(nèi)電路.講授新課一、電動(dòng)勢迷你實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備不同型號(hào)的新干電池和蓄電池。確定它們的正、負(fù)極，選用適當(dāng)量程的電壓表，分別測出它們兩極間的電壓值（圖4-2）。記錄數(shù)據(jù)，比較各種型號(hào)干電池的電壓是否相同，干電池的電壓和蓄電池的電壓又是否相同。講授新課干電池和蓄電池都是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。我們常說干電池的電壓為1.5V，學(xué)生用蓄電池的電壓為2V，是指電池沒有接入電路時(shí)電池兩極間的電壓，這可用電壓表近似測出。測量結(jié)果表明，同類型的干電池兩極間的電壓相同，同類型的蓄電池兩極間的電壓也相同，但兩種電源兩極間的電壓不同，這反映了干電池和蓄電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小不同。在物理學(xué)中，用電動(dòng)勢（electromotiveforce）來表示電源的這一特性。講授新課電動(dòng)勢是反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)的物理量，在數(shù)值上等于電源沒有接入外電路時(shí)兩極間的電壓。電源的電動(dòng)勢用符號(hào)E

表示，單位與電壓的單位相同，也是伏特，符號(hào)為V。講授新課電源是電路中電能的提供者。在如圖4-3所示的簡單電路中，電源正、負(fù)極間存在電壓。在外電路中，電場力對(duì)電荷做正功，將電荷減少的電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。講授新課電荷通過用電器后電勢能將減少。要維持電路中電荷不斷地運(yùn)動(dòng)，電源內(nèi)部就必須有非靜電力不斷將正電荷由負(fù)極搬移到正極。該過程中，非靜電力對(duì)電荷做功，電荷的電勢能增加，電源將其他能轉(zhuǎn)化為電能，電動(dòng)勢在數(shù)值上等于將單位電荷量的正電荷由負(fù)極移動(dòng)到正極非靜電力所做的功。講授新課下面以如圖4-4所示的人工瀑布形成進(jìn)行類比。人搬運(yùn)水的過程可類比電源內(nèi)部的非靜電力對(duì)電荷做功的過程。人對(duì)水做功，把水不斷從低處搬運(yùn)到高處，提高其重力勢能；然后通過重力做功，水又從高處流到低處，重力勢能減小。人不斷搬運(yùn)水做功，使水循環(huán)流動(dòng)，這樣便形成了持續(xù)的人工瀑布。這種人工瀑布的形成過程與閉合回路中非靜電力和靜電力做功的情形類似。講授新課二、閉合電路歐姆定律

實(shí)驗(yàn)與探究在圖4-5中，A

組電源為四節(jié)干電池，B

組電源為三節(jié)蓄電池，兩組電源的電動(dòng)勢均為6V。將它們與額定電壓為6V的小燈泡、電壓表、電流表、開關(guān)按圖示電路連接。分別閉合開關(guān)S?或S?，觀察到小燈泡的亮度和電流表、電壓表的示數(shù)都不相同。在閉合電路中電動(dòng)勢和用電器都相同的情況下，用電器兩端電壓不相同說明了什么？探究電源的內(nèi)阻講授新課由以上實(shí)驗(yàn)可知，雖然兩組電源的電動(dòng)勢都為6V，但電流和電壓測量出的結(jié)果卻不一樣，這說明電源內(nèi)部有電阻，簡稱內(nèi)阻。電源的內(nèi)阻會(huì)影響閉合電路中電流的大小。講授新課

講授新課由部分電路歐姆定律可得或?qū)⑺鼈兇肷鲜剑傻肊=IR+Ir講授新課講授新課此式表明，流過閉合電路的電流跟電路中電源的電動(dòng)勢成正比，跟電路中內(nèi)、外電阻之和成反比。這個(gè)結(jié)論稱為閉合電路歐姆定律（Ohmlawofclosedcircuit）。該定律是由德國物理學(xué)家歐姆（G.Ohm，1789—1854）在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來的。閉合電路歐姆定律明確了電流與電動(dòng)勢和內(nèi)、外電阻之間的關(guān)系。利用這個(gè)關(guān)系，我們可以通過測量電路中的電流或電壓求出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。典例精析在圖4-7中，R?=9Ω，R?=5Ω。當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S撥到位置“1”時(shí)，電壓表示數(shù)U?=2.70V；當(dāng)S撥到位置“2”時(shí)，電壓表示數(shù)U?=2.50V。求電源的電動(dòng)勢E

和內(nèi)阻r。（電壓表內(nèi)阻可視為無窮大）典例精析開關(guān)S撥到位置“1”和位置“2”兩種狀態(tài)，可視為兩個(gè)閉合電路。因此，可列出兩種狀態(tài)下的閉合電路歐姆定律方程。分析解開關(guān)撥到位置“1”時(shí)開關(guān)撥到位置“2”時(shí)典例精析解將已知條件代入以上方程，聯(lián)立并解之得

E=3V，r=1Ω討論本題提供了一種測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的方法，但這里未考慮電壓表的內(nèi)阻對(duì)電路的影響，測量結(jié)果存在誤差。遷移一般來說，電源的電動(dòng)勢不會(huì)隨著電路狀態(tài)的變化而發(fā)生變化，外電路兩端的電壓卻會(huì)隨著電路狀態(tài)的變化而變化。請(qǐng)求解下面的問題。

在上例中，若將“1”“2”用導(dǎo)線相連，當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，電壓表的示數(shù)應(yīng)為多少？講授新課三、路端電壓與外電阻的關(guān)系根據(jù)閉合電路歐姆定律，我們還可以了解外電路兩端的電壓（簡稱路端電壓）隨外電阻變化的規(guī)律。

由閉合電路歐姆定律，可得路端電壓

U=E-Ir

講授新課可見，當(dāng)外電路的電阻R增大時(shí)，電路中電流I

減小，路端電壓U

增大；反之，當(dāng)外電路的電阻R

減小時(shí)，電路中電流I

增大，路端電壓U

減小。當(dāng)外電路斷路時(shí)，I=0，U=E，即外電路斷路時(shí)的路端電壓等于電源的電動(dòng)勢。運(yùn)用這一知識(shí)，可用電壓表直接接在電源兩端粗略測出其電動(dòng)勢。在電壓表與電源構(gòu)成的回路中，電壓表電阻很大，近似斷路，但電路中仍會(huì)有微弱電流通過，由于電源有內(nèi)阻，