人教版（2019）高中物理必修三 12.2 闭合电路的欧姆定律 (共24张PPT)

(共24张PPT)
第十二章　电能　能量守恒定律
2.闭合电路的欧姆定律
学习目标
1．知道闭合电路的组成，理解电源的电动势的定义和定义式。
2．能从能量的转化和守恒的角度推导闭合电路的欧姆定律。
3.理解内、外电压，理解闭合电路的欧姆定律。
4.会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系，会进行相关的电路分析和计算。
情景引入
图中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池和电键也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。
如何解释这一现象呢？
自学感知 梳理教材夯实基础
一、电动势
1．闭合电路：由导线、电源和__________连成的电路。__________和导线组成外电路，电源内部是内电路。
2．非静电力：在电源内部把正电荷从________搬运到________的力。
3．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为__________的装置。
用电器
用电器
负极
正极
电势能
自学感知 梳理教材夯实基础
4．电动势
(1)定义：非静电力所做的功与所移动的__________之比。
(2)定义式：E＝________。
(3)单位：电动势的单位是伏特(V)。
(4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，与外电路________。对于干电池来说，电动势跟电池的______无关。
电荷量
无关
体积
自学感知 梳理教材夯实基础
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1．部分电路欧姆定律：导体中的电流I跟导体两端的电压U成________，跟导体的电阻R成________。即I＝______。
2．在电源外电路中，沿电流方向电势________。
正比
反比
降低
内电路中
3．电源的内电阻：电源__________的电阻，简称内阻。我们可以将电源看作一个没有电阻的__________与电阻的串联，这个电阻的电势也会沿电流方向降低。
理想电源
自学感知 梳理教材夯实基础
4．闭合电路中能量的转化情况
电源的非静电力做功：W＝Eq＝__________，电源在外电路中电能转化为内能Q外＝__________，电源在内电路中电能转化为内能Q内＝_____________，由能量守恒得：W＝Q外＋Q内。
即：EIt＝________________。
5．闭合电路欧姆定律
(1)概念：闭合电路中的电流跟________________成正比，跟内、外电路中的____________成反比。
(2)表达式：I＝________ 也可以写成：E=__________
电源的电动势
电阻之和
EIt
I2Rt
I2rt
I2Rt＋I2rt
U外+U内
三、路端电压与负载的关系
1．路端电压与电流的关系
(1)表达式：U＝____________。
(2)图像(U－I)：如图所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的纵坐标表示电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻。
E－Ir
断路：当外电路断开时，电流I为0，Ir也为0，即U=E，这就是说，断路时的路端电压等于电源的_______。
短路：当电源两端短路时，外电阻R=0.此时电流I=_______
电动势
E/r
2．路端电压随外电阻的变化规律
(1)外电阻R增大时，电流I减小，外电压U________，当R增大到无限大(断路)时，I＝0，U＝______。
(2)外电阻R减小时，电流I增大，路端电压U________，当R减小到零时，I＝，U＝______。
增大
E
减小
0
演示
探究解惑 注重过程提高能力
探究一：对电动势的理解：
1．电动势的物理意义:电动势大小反映电源将其他形式的能转化为电能的本领的大小。
2．电动势的大小:在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极搬运到正极所做的功。
3．方向:电动势是标量，电源内部电流的方向，由负极指向正极。
4.公式E＝W/q是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的。
【例1】下列关于电源电动势的说法中正确的是( )
A．电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多
B．电源的路端电压增大时，其电源提供的电能一定也增大
C．无论内电压和外电压如何变化，其电源的电动势一定不变
D．在某电池的电路中,每通过2 C的电荷量，电池提供的电能是4 J，那么这个电池的电动势是0.5 V
答案:C
解析：电源的电动势越大，电源移送单位电荷时所能提供的电能就越多，但总的电能不一定多，故A错误；电源的路端电压增大时，其电源提供的电能的能力增大，而电源提供的电能不一定也增大，故B错误；电动势的大小由电源本身的特性决定，与内外电路无关，无论内电压和外电压如何变化，其电源的电动势一定不变，故C正确；由E＝W/q可知，E＝2 V；故D错误；故选C。
探究二：闭合电路的欧姆定律表达形式的比较：
探究解惑 注重过程提高能力
表达式 物理意义 适用条件
I＝ 电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比 纯电阻电路
E＝I(R＋r) ① E＝U外＋Ir ② E＝U外＋U内 ③ 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和 ①式适用于纯电阻电路；②③式普遍适用
EIt＝I2Rt＋I2rt ④ W＝W外＋W内 ⑤ W＝W外＋I2rt⑥ 电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和 ④式适用于纯电阻电路，⑤⑥式普遍适用
【例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，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内电阻。
[答案]　2 V　1 Ω
[解析]　当S闭合时， R1、R2并联接入电路，当S断开时，只有R1接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小。
当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得：
U＝E－Ir，即1.6＝E－0.4r①
当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：
U′＝E－I′r，即1.6＋0.1＝E－(0.4－0.1)r②
由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω。
探究解惑 注重过程提高能力
探究三：对电源U-I图的理解：
(3)识图。
①三个特征量：与纵轴交点表示电动势；与横轴交点表示短路电流；直线斜率的大小表示电源的内阻。
②两个特殊状态：当外电路断开时(R＝∞)，I变为零，Ir＝0，U＝E；当电源两端短路时(R＝0)，此时电流I短＝(短路电流)U＝0。
(1)U-I图像的函数表达式：U＝E－Ir。
(2)U-I图像特点：位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示。
A
【例3】如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下面结论正确的是(　　)
A．电源的电动势为6.0 V
B．电源的内阻为12 Ω
C．电源的短路电流为0.5 A
D．电流为0.3 A时外电阻是1.8 Ω
解析:[由闭合电路欧姆定律U＝E－Ir得，当I＝0时，U＝E，即图线与纵轴交点表示断路状态，电动势E＝6 V，故A正确。电源的内阻等于图线斜率的绝对值，r＝＝ Ω＝2 Ω，故B错误。外电阻R＝0时，短路电流为I＝＝ A＝3 A，故C错误。电流I＝0.3 A时，路端电压U＝E－Ir＝6 V－0.3×2 V＝5.4 V，则外电阻R＝＝18 Ω，故D错误。]
探究四;闭合电路的功率分析:
探究解惑 注重过程提高能力
1．各部分功率关系分析
由EIt＝I2Rt＋I2rt知EI＝I2R＋I2r
P电源=EI
P外=I2R
P内=I2r
2．电源输出功率
P出＝ ＝
即当R＝r时，分母最小，即电源输出功率最大。当电源输出功率最大时，机械效率η＝50%。当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义。
P出与外电阻R的函数关系图像
图像分析
R r时，R越大，P出越大
R=r时，P出=，为最大值
R>r时，R越大，P出越小
P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2.
【例4】如图所示的电路中，电池的电动势E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻．在R0由0增加到400 Ω的过程中，求：
(1)可变电阻R0上消耗热功率最大值；
(2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和．
[答案](1)R0＝100 Ω时，Pm＝ W (2)0.01 W
【解析】　(1) 将（R+r）=100 Ω等效成电源的内阻，当R0＝100 Ω时，可变电阻R0上消耗的热功率P1有最大值 Pm＝25/400W＝ 1/16W.
(2)r和R上消耗的热功率之和P2＝I2(R＋r)＝×100 W
由上式可知，R0最大时，P2最小，即当R0＝400 Ω时，P2有最小值P2min＝×100 W＝0.01 W.
课堂小结