物理人教版（2019）必修第三册 12.2闭合电路欧姆定律（共43张ppt）

(共43张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
第2节 闭合电路的欧姆定律
进一步认识电源
之前学过，电源是一种类似于抽水机的装置。
抽水机：能把水从低处搬运到高处，使水的重力势能增加，搬运过程中，其它形式的能转化为水的重力势能。
电 源：能把自由电子从电源正极搬运到电源负极（也可理解为将正电荷从电源负极搬运到电源正极），使电荷的电势能增加。
在电源内部，有从正极指向负极的电场，正电荷所受的静电力阻碍其向正极移动。为了使正电荷向正极移动，电源就提供了一种与静电力方向相反的力，使正电荷能够向正极移动，我们把电源提供的这种力叫作非静电力。
进一步认识电源
从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
化学电池中的非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；
发电机中的非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能……
思考：电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电势能的装置，不同类型的电源，其转化本领是不同的，该如何比较电源非静电力做功本领呢？
提示：可以用“使单位质量的水所增加的重力势能”反映抽水机抽水的本领。
可以用“使单位正电荷所增加的电势能”反映电源非静电力做功的本领。
物理学中，将“电源非静电力做功的本领”用电动势（E）表示。
一、电动势
1. 物理量意义：反映了电源把其他形式的能转化为电势能的本领。
2. 定义：非静电力极所做的功与所移动的电荷量之比，叫电源的电动势。
3. 表达式：
4. 单位：伏特，符号“V”。
5.决定因素：电动势是电源的属性，大小完全由电源的非静电力特性决定，与电源的体积和外电路的组成及变化无关。
W：非静电力做的功
q ：被移送的电荷量
电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功.
【例1】（多选）关于电动势下列说法中正确的是 ( AC )
A．在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加
B．对于给定电源，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把正电荷从负极向正极移送单位电荷量做功越多
D．电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多
二、闭合电路的组成
用电器和导线组成外电路
电源内部是内电路
通常在电源内部也存在电阻，内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。
电源内部的电路可以等效为一个没有电阻的理想电源与电阻的串联。
外电路与内电路是串联关系
外电路中：正电荷在静电力的作用下由正极流向负极。这个过程中，静电力做正功，电势能减少，电势能转化为其他形式能量。（实质是自由电子从负极移动到正极，为了便于理解，按正电荷的移动进行讨论）
内电路中：正电荷在非静电力的作用下由负极流向正极。这个过程中，克服静电力做功，电势能增加，其他形式能转化为电势能。(非静电力做正功)
三、闭合电路的欧姆定律
S
E，r
R
I
在时间t内，电源内部非静电力做的功为
W非=Eq=EIt
在时间t内，外电路消耗的能量为
W外=U外 It
（若外电路为纯电阻，也可表示为 W外= I Rt）
在时间t内，内电路消耗的能量为
W内= I r t）
根据能量守恒有 W非=W外+W内
即 EIt= U外 It + I r t 或 EIt= I Rt + I r t
化简得 E= U外 + Ir 或 E= IR + Ir （I r 为内点路电压 ，即U 外 = I r ）
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
3.适用条件：电流表达式适用于外电路是纯电阻的电路.
电压表达式适用于任何电路
三、闭合电路的欧姆定律
4.说明：①U外=IR 是外电路上总的电势降落，习惯上叫路端电压。
②U内=Ir 是内电路上的电势降落，习惯上叫内电压。
电路中电势降落关系
三、闭合电路的欧姆定律
闭合电路欧姆定律的另一种表达方式
电源的电动势等于内、外电路电势降落之和
【例2】如图所示，R1＝20.0 Ω，R2＝10.0 Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1＝0.20 A；当开关S扳到位置2时，电流表的示数为I2＝0.30 A，求电源的电动势和内电阻。
解析：设电源的电动势为E，内阻为r，当开关S分别扳到1、2两个位置时，根据闭合电路欧姆定律列出方程
E＝I1R1＋I1r　① E＝I2R2＋I2r　②
代入数据解得E＝6 V，r＝10 Ω。
练习、如图所示的电路中，当 S 闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为 1.6 V和 0.4 A，当 S 断开时，它们的示数变为 1.7 V和 0.3 A，则电源的电动势和内阻各为多少？
解析：当 S 闭合时，R1和R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得U1＝E－I1r ①
当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得
U2＝E－I2r ②
联立①②，代入数据解得E＝2 V，r＝1 Ω。
课堂小结
一、电动势
1. 定义：非静电力极所做的功与所移动的电荷量之比，叫电源的电动势。
2. 表达式： E=W/q
3. 物理量意义：反映了电源把其他形式的能转化为电势能的本领
二、闭合电路的欧姆定律
第十二章 电能 能量守恒定律
第2节 闭合电路的欧姆定律-2
观察视频中小灯泡的亮暗情况，并试着解释其原因。
思考：
1. 小灯泡两端的电压与路端电压 U外有何关系？
2.小灯泡并联的越多，负载电阻
（外电路总电阻）越大还是越小？
3. 请根据闭合电路的欧姆定律
U外 = E - I r
解释小灯泡并联的越多，小灯泡
越暗的原因
一、路端电压与负载的关系
结论：路端电压随着外电阻的增大（减小）而增大（减小）
★两个特例：
②外电路短路时
①外电路断路时
R→∞，
I = 0，
U外 = E
R = 0，
I = E/r，
U外 = 0
②在横轴上的截距表示电源的短路电流
③图象斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害。
①在纵轴上的截距表示电源的电动势E
2. 图象的物理意义
路端电压U 随电流I 变化的图象
E
U
I
O
I短
θ
断路
短路
1. 图象的函数表达式
一、路端电压与负载的关系
【例1】(多选)如图所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图线，图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图线，则下列说法正确的是（ ACD ）
A．电源的电动势为50 V
B．电源的内阻为
C．电流为2.5 A时，外电路的电阻为15 Ω
D．输出功率为120 W时，输出电压是30 V
【例2】(多选)某电源的路端电压与电流的关系图像如图所示，下列结论正确的是 (　AD　)
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时的外电阻是18 Ω
由于闭合电路中内、外电路的电流相等
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
（外电路可以是任何电路）
二、闭合电路中的功率
O R
P出
Pm
r
4. 外电路为纯电阻电路时，电源的输出功率 (外电路功率)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。
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：
【例3】如图所示，已知电源电动势E=5V，内阻r =2Ω，定值电阻R1=0.5 Ω，滑动变阻器R2的阻值范围为0~8Ω。
①当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大输出功率是多少？
②当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻 R1消耗的功率最大？最大功率是多少？
③当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？
思考：若电阻R1=8Ω，各结果又是怎样？
1.5Ω；
3.125W
当R2 = 0时I最大，P1max = 2W
2.5W
（1）0Ω；2W
（2）0Ω；2W
（3）8Ω；0.63W
2.5Ω；
课堂小结
一、路端电压与负载的关系
U外 = E - I r
二、闭合电路中的功率
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
4. 电源的输出功率 ( r =R时，P出最大 )
5. 电源的工作效率
练习1. 如图所示的电路中，电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中( 　A 　)
A．电压表与电流表的示数都减小
B．电压表与电流表的示数都增大
C．电压表的示数增大，电流表的示数减小
D．电压表的示数减小，电流表的示数增大
练习2. 在如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，在调节可变电阻R的阻值过程中，发现理想电压表的示数减小，则( D )
A．R的阻值变大
B．路端电压不变
C．干路电流减小
D．路端电压和干路电流的比值减小
第十二章 电能 能量守恒定律
第2节 闭合电路的欧姆定律-3
1. 闭合电路欧姆定律的三种表达式及使用范围
2. 路端电压与负载的关系
3. 闭合电路 U外 - I干 的关系图像
4. 电源的 P出 - R外 的关系图像
知识回顾
【思考】在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片P 向右滑动时，回路的总电流、路端电压如何变化？通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化，它们两端的电压如何变化？
一、闭合电路的动态分析
R3增大
R总增大
I总减小
U内减小
U外增大
U1减小
U3 U2增大
I2增大，I3减小
闭合电路动态问题的分析方法1——程序法：
遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析
一、闭合电路的动态分析
【例1】电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成图所示的电路.当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，下列说法正确的是（ C ）
A.电压表和电流表读数都增大
B.电压表和电流表读数都减小
C.电压表读数增大，电流表A1读数减小，A2读数增大
D.电压表读数减小，电流表A1读数增大，A2读数减小
一、闭合电路的动态分析
图中滑片P 向右滑动时，R3的阻值 ，
R1的电流 ，电压 ；
R2的电流 ，电压 。
闭合电路动态问题的分析方法2——串反并同法（电源要有内阻）
“串反”：某一电阻增大（或减小）时，与它串联或间接串联的电阻中的
电流、两端电压、电功率都将减小（或增大）
“并同”：某一电阻增大（或减小）时，与它并联或间接并联的电阻中的
电流、两端电压、电功率都将增大（或减小）
【例2】如图所示的电路中,电源的电动势E 和内电阻r 恒定不变,电灯L恰能正常发光.如果变阻器的滑片向b端滑动,则( A )
A.电灯L更亮，安培表的示数减小
B.电灯L更亮，安培表的示数增大
C.电灯L变暗，安培表的示数减小
D.电灯L变暗，安培表的示数增大
【思考】在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片向下移动时，关于电灯L的亮度及电容器C 所带电荷量Q 的变化判断正确的是（ B ）
A. L变暗，Q 增大
B. L变暗，Q 减小
C. L变亮，Q 增大
D. L变亮，Q 减小
二、含电容器电路的分析
1.直流电路稳定时的等效处理方法：
①电容器：相当于无穷大电阻，看成断路，作等效电路时可先把它去掉
②与电容器串联的电阻：两端无电压，相当于导线。
③与电容器并联的电阻：电容器端电压与并联电阻端电压相等。
2.电路稳定时，电容器所带电荷量Q一定。
求Q的方法：先求与电容器并联的电阻两端电压U，
再根据Q＝CU 计算。
3.与电容器并联的电阻端电压变化时，将会引起电容器的充、放电。
求ΔQ的方法：先求与电容器并联的电阻两端电压的变化ΔU，
再据ΔQ＝CΔU求值
二、含电容器电路的分析
【例3】(多选)如图8所示，电源的电动势E＝2 V，内阻r＝2 Ω，两个定值电阻均为8 Ω，平行板电容器的电容C＝3×10－6 F，则（ CD ）
二、欧姆表的原理
欧姆表是在电流表的基础上改装而成的
两表笔直接接触时 Rx = 0
此时电路中电流为
刻度盘Ig 位置对应Rx = 0
欧姆表内阻 R =Rg+r+R
Ω
两表笔不接通 Rx = ∞
此时电路中电流为I = 0
I = 0位置对应Rx = ∞
两表笔间接入Rx 时
此时电路中电流为
Ix 位置标注Rx 的阻值
二、欧姆表的原理
【思考】若指针指在刻度盘的正中间位置，被测电阻 Rx 是多少？
二、欧姆表的原理
【思考】若指针指在刻度盘的1/4位置，被测电阻 Rx 是多少？
左密右疏
二、欧姆表的原理
电流Ix与外电阻Rx 是一一对应关系
通过测量电流达到测量电阻的目的
【例4】欧姆表的内部电路如图所示，已知电流计的电阻为Rg，滑动变阻器接入电路的阻值为R0，电源的电动势和内阻分别为E、r，下列说法正确的是（ 　AD 　）
A．欧姆表的工作原理是闭合电路欧姆定律
B．电路图中左侧的表笔为黑表笔
C．欧姆表表盘的最左端为欧姆“0”刻度
D．欧姆表表盘的中间刻度值为R中=r+Rg+R0
课堂小结
一、闭合电路的动态分析
1、程序法： 按“局部—整体—局部”的思路分析
2、串反并同法（电源要有内阻）
二、欧姆表的原理
1、原理：闭合电路欧姆定律 (电阻测量转换为电流测量)
2、