物理人教版（2019）必修第三册12.2《闭合电路的欧姆定律》（共33张ppt）

(共33张PPT)
1．电功：W＝UIt ；
2．电功率：P＝UI ；
3．焦耳定律：Q＝I2Rt ；
4．热功率：P＝I2R 。
一、上节回溯
二、知识讲解——电动势
问题引入
　　下图中的小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同，多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。这是为什么呢？
闭合电路
二、知识讲解——电动势
　　如图，由导线、电源用电器连成的电路叫作闭合电路。由用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。
E
R
S
外电路
内电路
电源
二、知识讲解——电动势
　　如图，电源外部，正电荷沿着导线从电源正极流向负极。电源内部，存在着由正极指向负极的电场，但正电荷是从负极流向正极，那么必然存在与静电力方向相反的力作用于电荷，这种力叫作非静电力。
＋＋＋
－－－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
正极
负极
电源
电源
二、知识讲解——电动势
　　如图，为了维持水的循环流动，水泵克服重力对水的做功，把其他形式的能转换成水的重力势能。
水流
水泵
　　为了维持电流的稳定，电源把外电路流到负极的正电荷，通过非静电力移动到正极，电荷电势能增加。
　　从能量转化角度来看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化成电势能的装置。
电源
二、知识讲解——电动势
　　化学能 → 电势能
　　化学电池
发电机
　　机械能 → 电势能
电动势
二、知识讲解——电动势
　　不同的电源转换电势能的能力不同，那么如何描述电源这一本领的差异？我们用单位质量的水增加的重力势能的多少，来描述水泵的抽水本领的差异，那么电源转化电势能的本领是否也能用类似的方法来描述？
电动势
二、知识讲解——电动势
1．定义：非静电力做功与所移动的电荷量之比，叫作电动势，符号“E”；
2．公式：如果移动电荷量 q 时非静电力所做的功为 W，那么 E＝；在数值上，电动势等于把 1 C 的正电荷在电源内从负极移动到正极非静电力所做的功；
3．单位：伏特 （V）；
4．物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电势能的本领的大小。
电动势
二、知识讲解——电动势
　　电动势由电源中非静电力的特性决定，跟外电路无关，对于干电池来说电动势与电池的体积无关。
欧姆定律
二、知识讲解——闭合电路的欧姆定律及其能量分析
　　导体中的电流 I跟导体两端的电压 U成正比，跟导体的电阻 R成反比，这就是欧姆定律，即 I＝
电流的内阻
二、知识讲解——闭合电路的欧姆定律及其能量分析
　　电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫作内电阻，简称内阻。电源可以看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，如下图。
E
r
内电路
　　在外电路中，电流由正极流向负极，沿电流方向电势降低；
　　在内电路中，由于非静电力做功，电源内电流方向为从负极到正极，电势沿电流方向增加，但是由于内阻存在，这个电阻的电势会随着电流方向降低。
闭合电路的能量分析
二、知识讲解——闭合电路的欧姆定律及其能量分析
　　对于闭合电路来说，内、外电路都会出现电势降低，电势能减少。那么，电流 I 跟电源的电动势 E 及内阻 r、外电路的电阻 R 之间会有怎样的关系呢？
闭合电路的能量分析
二、知识讲解——闭合电路的欧姆定律及其能量分析
　　如图所示，电源电动势为 E ，电源内阻为 r ，外电路电阻为 R ，闭合电路的电流为 I ，若通电时间为 t ：
E
R
S
r
I
　　非静电力做功：W＝Eq＝EIt ；
　　电路电流做功产生的内能：
　　外电路：Q外＝I2Rt
　　内电路：Q内＝I2rt
　　根据能量守恒定律：W＝Q外＋Q内
　　则有：EIt＝I2Rt＋I2rt
闭合电路的欧姆定律
二、知识讲解——闭合电路的欧姆定律及其能量分析
　　通过上述分析可得：E＝IR＋Ir
　　即：I＝
　　由公式可知，闭合电路的电流与电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，这就是闭合电路的欧姆定律。
　　若用 U外 表示 IR ，它是外电路总的电势降落；用 U内 表示 Ir ，它是内电路的电势降落。则闭合电路的欧姆定律也可以写成：
E＝ U外＋U内
闭合电路的欧姆定律
二、知识讲解——闭合电路的欧姆定律及其能量分析
　　若闭合电路是不是纯电阻电路，设闭合电路的电流为 I ，通电时间为 t ：
　　非静电力做功：W＝EIt
　　电流通过负载所做的功：W外＝U外It
　　电流通过内阻产生的内能：Q内＝I2Rt＝U内It
　　根据能量守恒定律，最终可得：E＝ U外＋U内
E
S
r
I
M
外电路
内电路
闭合电路的欧姆定律
二、知识讲解——闭合电路的欧姆定律及其能量分析
　　I＝只适用于纯电阻电路；
　　E＝ U外＋U内 不仅适用于纯电阻电路，还适用于非纯电阻电路。
问题回顾
二、知识讲解——路端电压与负载的关系
　　为什么相同规格的小灯泡，电源也相同，单独一个比多个并联明显要亮。
路端电压
二、知识讲解——路端电压与负载的关系
　　外电路中的用电器叫作负载，外电路电势的降落叫作路端电压。负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化。
　　根据闭合电路的欧姆定律： E＝ U外＋U内 ，U外 记为路端电压 U ；
　　因为 U内＝Ir，则有：U＝E－Ir ；
　　由上式可知，电源的电动势和内阻是一定的，当外电阻 R 减小时，电流 I 增大，因而内电路的电势降落 Ir 增大，所以路端电压减小。
路端电压与电流的关系
二、知识讲解——路端电压与负载的关系
　　路端电压 U 与闭合电路电流 I 之间的关系可以写成：
　　U＝－Ir＋E
　　U-I 的图像为：
U
I
E
O
r ≠ 0
r＝0
思考：当外电路断开时，路端电压是多少？电源两端短路时，电流会是无穷大吗？
外电路断路和电源短路
二、知识讲解——路端电压与负载的关系
外电路断路和电源短路
二、知识讲解——路端电压与负载的关系
　　当外电路断开时，电路电流 I为零，由图像可以看出，U＝E。即断路时，路端电压等于电源电动势；
　　当电源两端短路时，外电阻 R＝0 。由闭合电路的欧姆定律可知，I＝；
　　通常情况下电源的内阻 r一般都很小，短路时电流会很大。电流过大，会导致温度过高，烧坏电源，甚至引起火灾。
拓展学习
二、知识讲解——欧姆表的原理
　　 如图所示是一个简单的欧姆表，设电源的电动势为 E ，内阻为 r，电流表的电阻为 Rg ，可调电阻为 R1 ，电流表满偏电流为 Ig ，欧姆表的总电阻为 RΩ 。
欧姆表电路
　　当两表笔直接接触时，电流表指针指在最大值 Ig处，由闭合电路的欧姆定律可得：
Ig＝＝
　　若已知 E和 Ig 的值，就可以求得 RΩ 。
拓展学习
二、知识讲解——欧姆表的原理
欧姆表电路
　　当两表笔之间接有待测电阻 Rx时，电流表指针指在 Ix处，由闭合电路的欧姆定律可得：
Ix＝＝
拓展学习
二、知识讲解——欧姆表的原理
欧姆表电路
　　当两表笔之间接有待测电阻 Rx时，电流表指针指在 Ix处，由闭合电路的欧姆定律可得：
Ix＝＝
Rx＝ - RΩ
得：
小 结
1．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置；
2．电动势：E＝；
3．闭合电路的欧姆定律：I＝ ， E＝ U外＋U内
4．路端电压： U＝E－Ir。
练 习
1．某个电动势为 E 的电源工作时，电流为 I ，乘积 EI 的单位是什么？从电动势的意义来考虑，EI 表示什么？
练 习
1．某个电动势为 E 的电源工作时，电流为 I ，乘积 EI 的单位是什么？从电动势的意义来考虑，EI 表示什么？
答：EI＝＝＝P，所以乘积 EI 表示非静电力做功的功率，单位是瓦特。
练 习
2．小张买了一只袖珍手电筒，里面有两节干电池。他取出手电筒中的小灯泡，看到上面标有“2.2 V　0.25 A”的字样。小张认为产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。由此，他推算出了每节干电池的内阻。如果小张的判断正确，那么内阻是多少？
　　提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和，内阻等于各个电池的内阻之和。
答：每节干电池的电动势为 1.5 V ，手电筒用两节干电池串联组成的电池组，所以电源的电动势为 3.0 V ，设每节电池的内阻为 r，所以电源内阻为 2r 。由题意得：U内＝E－U外＝0.8 V。又因为U内＝2Ir ，所以 r＝1.6 Ω 。
练 习
3．电源的电动势为 4.5 V、外电阻为 4.0 Ω 时，路端电压为 4.0 V 。如果在外电路并联一个 6.0 Ω 的电阻，路端电压是多少？如果 6.0 Ω 的电阻串联在外电路中，路端电压又是多少？
练 习
3．电源的电动势为 4.5 V、外电阻为 4.0 Ω 时，路端电压为 4.0 V 。如果在外电路并联一个 6.0 Ω 的电阻，路端电压是多少？如果 6.0 Ω 的电阻串联在外电路中，路端电压又是多少？
答：当外电阻为 4.0 Ω 时，电流 I＝＝1.0 A 。再由闭合电路的欧姆定律 E＝I(R＋r) ，可得 r＝0.5 Ω 。当在外电路并联一个 6.0 Ω的电阻时，R并＝＝2.4 Ω，电路的总电流为 I′＝＝1.55 A，路端电压为 U′外＝I′R并＝3.72 V 。当外电路串联一个 6.0 Ω 的电阻时，R串＝10 Ω ，电路电流为 I″＝＝0.43 A ，路端电压为 U″外＝I″R串＝4.3 V 。
练 习
4．现有电动势为 1.5 V、内阻为 1.0 Ω 的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为 6.0 V、工作电流为 0.1 A 的用电器供电。问：最少需要几节这种电池？电路还需要一个定值电阻来分压，请计算这个电阻的阻值。
练 习
4．现有电动势为 1.5 V、内阻为 1.0 Ω 的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为 6.0 V、工作电流为 0.1 A 的用电器供电。问：最少需要几节这种电池？电路还需要一个定值电阻来分压，请计算这个电阻的阻值。
答：设至少需要 n 节电池，串联的分压电阻为 R0。因为路端电压必须大于（或等于）用电器的额定电压，即 nE－nIr≥ U，得到 n≥ ＝4.3 。可见 n 取整数的最小值为 5 。这时路端电压U′＝5E－5Ir＝7 V，需要串联的分压电阻为 R0＝＝10 Ω 。