物理人教版2019必修第三册12.2闭合电路的欧姆定律（共32张ppt）

(共32张PPT)
第2节 闭合电路的欧姆定律
第十二章
电能 能量守恒定律
课标定位
1、了解外电路、内电路，理解电动势的概念；
2、知道电动势等于内、外电路电势降落之和；
3、理解闭合电路欧姆定律的内容，分析路端电压与负载的关系。
素养阐释
1、物理观念：电动势、闭合电路欧姆定律
2、科学思维：通过对比抽水机理解电动势，理解电动势由电源的特性决定，跟外部电路无关。
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
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。
外电路
内电路
R
S
+
—
r
E
内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻
如图所示，在外电路，正电荷由电源正极流向负极．电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把来到负极的正电荷经过电源内部不断地搬运到正极．
那么，电源的这种能力是怎么来的呢？
抽水机增加水的重力势能
电源增加电荷的电势能
不同抽水机抽水的本领(举起高度)不同
使单位质量的水所增加的重力势能不同
不同的电源非静电力做功的本领不同
使单位正电荷所增加的电势能不同
电源
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
F
F非
（1）定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。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；
（2）定义式：
（3）单位： 伏特（V） 1V=1J/C
（4）物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小。
一、电动势
电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路也无关。
电动势：反映电源把其它形式能转化为电能的本领。
电压： 反映把电势能转化为其它形式能的本领。
电动势表征电源的性质， 电势差表征电场的性质。
2.电动势与电压的区别
化学能 → 电势能
　　化学电池
发电机
机械能 → 电势能
【课堂反馈1】关于电动势，下列说法正确的是（ ）
A. 在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加
B. 对于给定的电源，移动正电荷，非静电力做功越多，电动势就越大
C. 电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位正电荷做功越多
D. 电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多
AC
二、闭合电路的欧姆定律及其能量分析
我们已经知道，对于不含电源的部分电路而言，导体中的电流I 跟导体两端的电压U 成正比，跟导体的电阻成反比． 即
1.部分电路欧姆定律
I
R
U
部分电路
在外电路中，电流方向由正极流向负极，沿电流方向电势降低。
在内电路中，即在电源内部，通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极，所以电流方向为负极流向正极。
内电路与外电路中的总电流是相同的。
2.闭合回路中的电流方向
E
S
R
+ ++ +
- - - -
非静电力
E
S
R
3.电路中的电势变化情况
（1）在外电路中，正电荷在静电力的作用下从电势高的位置向电势低的位置移动，所以在外电路中，沿电流方向电势降低。
（2）在电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内阻。我们可将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，在内电路中，这个电阻的电势沿电流方向也会降低。
电源就像升降机，升降机举起的高度相当于电源的电动势
闭合电路中电势升降也可用“儿童滑梯”做类比
儿童滑梯两端的高度差相当于内外电阻两端的电势差
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、外电阻R之间会有怎样的关系呢？
思考
1.外电路静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
静电力做正功，电势能转化为内能。
2.内电路静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
静电力做正功，电势能转化为内能。
3.在电池内部非静电力对电荷做什么功？
非静电力做正功，把化学能转化为电势能。
Q外=I2Rt
Q内=I2rt
W=Eq=EIt
4.根据能量守恒定律能得出什么结论？
∴E=IR+Ir
W= Q外+Q内
E = U外+ U内
r
E
R
K
内电路
外电路
（1）内容： 闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比，这个结论叫做闭合电路的欧姆律。
（2）公式：
①式只适用于外电路是纯电阻的电路。
②式适用于一切电路。
（3）适用条件：
② E = U外+ U内
①
E =IR ＋I r 或 E = U外+ U内或 E＝U外＋Ir 或 U外＝ E - Ir
电动势等于内外电路电势降落之和。
闭合电路的欧姆定律
【课堂检测2】如图，Ｒ1=14Ω,Ｒ2=9Ω,当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2A；当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A。求电源的电动势E和内电阻r。（电流表为理想电表）
1
A
R1
R2
2
E
r
解:由闭合电路欧姆定律得
得:
S
R
E r
对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变。
三、路端电压与负载的关系
1.路端电压
（1）定义：外电路两端的电压叫路端电压．
（2）公式：
U=E-Ir
2、路端电压U随电流I变化的图像．
（1）在纵轴上的截距表示电源的电动势E．
（2）在横轴上的截距表示电源的短路电流
（3）图像斜率的绝对值表示电源的内阻，
U
I
O
E
I短
θ
内阻越大，图线越倾斜.
为什么晚上7、8点钟的时候家里面的灯看起来很昏暗，而夜深人静时又变亮了呢？
问题
外电路两端的电压叫做路端电压。路端电压是用电器（负载）的实际工作电压。路端电压与负载有怎样的关系呢？
A
V
E = U外+ U内
U内=Ir
U = E - I r
用U = E - I r 来分析路端电压随着外电阻的变化：
路端电压随着外电阻的增大而增大。
路端电压随着外电阻的减小而减小。
R ↑
→ I
↓
→ Ir
↓
→U
↑
R ↓
→I
↑
→ Ir
↑
→U
↓
思考
R=0
I=E/r
U内=E
U外=0
I =
E
R+r
U内= Ir
E=U外+U内
（1）短路
（2）断路
R=∞
I=0
U内=0
U外=E
I =
E
R+r
U内= Ir
E=U外+U内
结论：当外电路短路时，电路中的电流I=E/r，内电压等于电动势；
当外电路断路时，路端电压等于电动势。
a
b
两种特例：
【课堂检测3】如图所示，电源的电动势和内阻都保持不变，当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时（ ）
A、电压表的读数增大，电流表的读数减小
B、电压表和电流表的读数都增大
C、电压表和电流表的读数都减小
D、电流表的读数增大，电压表的读数减小
A
R1
R2
R3
V
A
【拓展】欧姆表
1. 结构：欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R，刻度盘和红、黑表笔组成.
如图，就电路部分而言，在欧姆表内部是电流表、电池、调零电阻三者串联而成，在欧姆表外部，接上被测电阻后，与欧姆表内部电路一起组成闭合电路．
I
Rx
E
Rg
+ r + R
Ig=
E
Rg
+ r + R
Rx
+
Ix=
I=0
2.原理：闭合电路欧姆定律 (电阻测量转换为电流测量)
改变Rx ，电流Ix随之改变，Rx与Ix一一对应. 表头刻度Ix
Rx
R =Rg+r+R
欧姆表内阻
Ω
0
5
10
15
Ω
Ω
20
30
40
50
100
200
500
∞
1K
(1)零刻度在右边，左边为无限大。
(2)刻度不均匀,左边密、右边稀。
3.刻度：
(3) 刻度顺序与电流表、电压表的刻度顺序相反.
【拓展】闭合电路中的功率
由于闭合电路中内、外电路电流相等
①电源提供的总功率（电源功率）：P总=EI
②电源的输出功率（外电路得到的功率）：
P外=U外I
③电源内阻上的热功率 P内=U内I =I2r
说明：外电路可以是任何电路。
O R
P出
Pm
r
④外电路时纯电阻电路，电源的输出功率 与外电阻R的关系：
电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大。η=50%。
结论：电源的效率随外电阻的增大而增大
⑤电源的工作效率
对纯电阻电路，电源的效率为：
课堂小结
一、电动势
二、闭合电路欧姆定律
2、定义式：
1、定义：在电源内部非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值。
1、表述：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比．
2、表达式：
3、路端电压跟负载的关系：
U
I
0
E
E/r
U=E-Ir
【课堂检测1】铅蓄电池的电动势为2V，这表示（ ）
A. 电路中每通过1C的电量，电源把2J的化学能转变为电能
B. 蓄电池两极间的电压一定为2V
C. 蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能
D. 蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）强
AD
【课堂检测2】如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A；当S断开时，它们的示数各为1.7 V和0.3A，求电源的电动势及内阻．
解：当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得U1＝E－I1r，
即E＝1.6 V＋0.4r①
当S断开时，由闭合电路欧姆定律得U2＝E－I2r，
即E＝1.7V＋0.3r②
由①②得E＝2 V，r＝1 Ω.
【课堂检测3】如图所示，电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，R1＝5 Ω，R2＝10 Ω，滑动变阻器R3阻值变化范围为0～10 Ω，求电路中的总电流的变化范围。
解析　当R3阻值为零时，R2被短路
R外＝R1＝5 Ω，I＝＝ A＝1 A.
当R3阻值为10 Ω时，外电阻最大
R并＝＝5 Ω，R外′＝R1＋R并＝10 Ω，I′＝≈0.55 A.
答案　0.55 A～1 A