第1节 闭合电路欧姆定律
学 习 目 标
知 识 脉 络(教师用书独具)
1．知道电源的电动势和内电阻，理解电动势的概念．(难点)
2．理解闭合电路欧姆定律，并能用来分析、解决闭合电路的有关问题．(重点)
3．了解路端电压与外电阻的关系，学习用局部和整体的关系解决问题．(难点)
4．理解闭合电路的功率表达式，知道闭合电路中能量的转化．(重点)
[自 主 预 习·探 新 知]
[知识梳理]
一、电动势
1．电源
把其他形式的能转化为电能的装置．
2．电动势
(1)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量．
(2)大小：在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压．电动势符号为E，单位为伏特，单位符号为V.
二、闭合电路欧姆定律
1．闭合电路
(1)电路：一部分是电源外部的电路，称为外电路；另一部分是电源内部的电路，称为内电路．
(2)电压：外电路两端的电压叫作外电压，又叫路端电压，用U外表示；内电路两端的电压叫作内电压，用U内表示．
(3)电动势与内、外电压的关系：在闭合电路中，内、外电路电势的降落等于电源的电动势，即E＝U外＋U内或E＝IR＋Ir.
(4)电流：在外电路中，电流由电势高的一端流向电势低的一端；在内电路中，电流由电势低的一端流向电势高的一端．
2．闭合电路欧姆定律
(1)内容：流过闭合电路的电流跟电路中电源的电动势成正比，跟电路中内、外电阻之和成反比．
(2)公式：I＝.
(3)适用的条件为：外电路为纯电阻电路．
三、路端电压与外电阻的关系
1．路端电压与电流的关系公式：U＝E－Ir.
2．路端电压与外电阻的关系：根据U＝IR＝×R＝可知，当R增大时，路端电压U增大，当R减小时，路端电压U减小．
3．两种特例
(1)当外电路断路(如开关断开)时，外电阻R为无穷大，I为零，Ir也为零，可得U＝E，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小．
(2)当外电路短路时，外电阻R＝0，此时电路中的电流最大，即Im＝，路端电压为零．
[基础自测]
1．思考判断
(1)电动势越大，电源转化的电能就越多．(×)
[提示] 电动势越大，电源将其它能转化为电能的本领越大．
(2)电动势越大，电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大．(√)
(3)电动势的大小等于电源两极间的电压．(×)
[提示] 电动势大小等于电源未接入电路时两极间电压的大小．
(4)在闭合回路中电流总是从高电势流向低电势．(×)
[提示] 电源内部电流由低电势流向高电势．
(5)在闭合回路中电动势的大小等于外电压与内电压之和．(√)
(6)闭合电路欧姆定律I＝的应用是有条件的．(√)
(7)当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势．(×)
[提示] 短路时，路端电压为零．
(8)电源断路时，路端电压无限大．(×)
[提示] 断路时，路端电压等于电动势．
(9)电源短路时，电流无限大．(×)
[提示] 电源短路电流为I＝.
2．(多选)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，移动正电荷的非静电力做功越多，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的功越多
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 [电源是将其他形式的能转化为电势能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电势能就增加，因此A正确．电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量．电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，所以C正确，B、D错误．]
3．用E表示电源电动势，U表示路端电压，Ur表示内电压，R表示外电路总电阻，r表示电源内电阻，I表示干路电流，则下列各式中正确的是( )
A．Ur＝IR B．Ur＝E－U
C．U＝E＋Ir D．U＝
B [因为不知道外电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，所以I＝不一定成立，但Ur＝E－U一定成立，故D错误，B正确；Ur＝Ir，A错误；U＝E－Ir，C错误．]
如图所示的电路中，把R由2 Ω变为6 Ω时，电流大小减小为原来的一半，则电源的内电阻应为( )
A．4 Ω B．8 Ω
C．6 Ω D．2 Ω
D [根据闭合电路欧姆定律得E＝I(R＋r)
当R＝2 Ω时，E＝I(2 Ω＋r)
当R＝6 Ω时，E＝I(6 Ω＋r)
解得r＝2 Ω，故选项D正确．]
[合 作 探 究·攻 重 难]
电动势的理解
1．对电动势的理解
(1)电动势的物理意义：它反映了电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，是电源的属性，与电源的体积、外电路无关．
(2)电动势的粗略测量：E的数值等于没有接入外电路时电源正负两极间的电压，可以用阻值较大的电压表直接接在正、负极两端粗略测量，其示数近似为电源电动势E.
2．电动势与电压的区别
电动势
电 压
物理意义不同
表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领
表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领
数值大小不同
数值上等于将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功
数值上等于将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功
决定因素不同
由电源本身决定
由电源、导体的电阻及导体的连接方式决定
联 系
电路闭合：E＝U内＋U外；电路断开：E＝U外
下面对电源电动势概念的认识正确的是( )
A．电源电动势等于电源两极间的电压
B．在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和
C．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大
D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同
B [电源电动势等于电路开路时电源正、负极间的电压，若电路闭合时由于存在内电压，此时电源两极间的电压小于电源电动势，故A项错误；电源电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电荷量时，电源提供的电能越多，电动势越大，并不是电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大，因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C项错误；电动势和电势差意义不同，电势差是表示电能转化为其他形式的能的本领的物理量，故D项错误．]
理解电动势的“三点注意”
(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关．
(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向．
(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)．
[针对训练]
1．下列说法中正确的是( )
A．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压
B．电源的电动势在数值上等于电源两极间的电压
C．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别
D．电动势越大，电源两极间的电压一定越高
C [电动势与电压有本质的区别，二者单位相同，只有电源与外电路断开时，电源两极间的电压在数值上才与电动势相等．]
闭合电路的理解及应用
1.闭合电路的组成
2．闭合电路欧姆定律的表达形式
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＋I2rt④
W＝W外＋W内⑤
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；
⑤式普遍适用
如图4-1-1所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数分别为1.6 V和0.4 A；当S断开时，它们的示数分别变为1.7 V和0.3 A，求电源的电动势和内电阻．
图4-1-1
思路点拨：解此题的关键是根据开关“闭合”“断开”时的电路写出闭合电路欧姆定律的表达式．
[解析] 当S闭合时，R1、R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得E＝U1＋I1r
当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得E＝U2＋I2r
代入数据解得E＝2 V，r＝1 Ω.
[答案] 2 V 1 Ω
闭合电路问题的求解方法
(1)分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量哪个用电器的电流．
(2)求干路中的电流：若各电阻值和电动势都已知，可用闭合电路欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求解．
(3)应用闭合电路欧姆定律解决问题时，应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流．
[针对训练]
2．在如图4-1-2所示的电路中，当开关S1断开、开关S2闭合时，电压表的读数为3 V；当开关S1、S2均闭合时，电压表的读数为1.8 V，已知电压表为理想电压表，外接电阻为R、电源内阻为r.由以上数据可知为( )
图4-1-2
A. B.
C. D.
D [当开关S1断开、开关S2闭合时，电压表的读数等于电源的电动势，即E＝3 V．当开关S1、S2均闭合时，U外＝1.8 V，所以U内＝E－U外＝1.2 V，因U外＝IR，U内＝Ir，所以R∶r＝U外∶U内＝1.8∶1.2＝3∶2，故选项D正确．]
路端电压和负载的关系
1.路端电压和外电阻的关系
(1)当外电阻R增大时，根据I＝可知，总电流I减小，内电压Ir减小，根据U外＝E－Ir可知，路端电压U外增大．当外电路断开时，路端电压U外＝E.
(2)当外电阻R减小时，总电流I增大，内电压Ir增大，路端电压U外减小．外电路短路即R＝0时，电路中的电流I＝，U外＝0.
2．外电压U与电流I的关系
由U＝E－Ir可知，U-I图象是一条斜向下的直线，如图4-1-3所示．
图4-1-3
(1)图象中U轴截距E表示电动势．
(2)I轴截距I0等于短路电流．
(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝.
注：图象的纵坐标不从零开始时，图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E，但图线与横轴的交点不表示短路电流．
(多选)如图4-1-4为某一电源的U-I曲线，由图可知( )
图4-1-4
A．电源电动势为2 V
B．电源内电阻为 Ω
C．外电路短路时，电流为6 A
D．电路的路端电压为1 V时，电流为5 A
思路点拨：解此题关键是理解U-I图象中“截距”“斜率”的物理意义．
AD [由U-I图线知，电源的电动势E＝2 V，A正确；r＝＝ Ω＝0.2 Ω，B错误；当U＝1 V时，I＝
＝ A＝5 A，D正确；当路端电压为零时，对应的电流才是短路电流，由U-I图象知当电流为6 A时，路端电压为0.8 V，可见C错误．]
两种U-I图象的区别
甲 乙
(1)斜率k的物理意义不同．斜率为任意两点的纵坐标之差与对应横坐标之差的比值，即k＝.图甲中k表示被测电阻的阻值．图乙中k的绝对值大小表示电源的内电阻．
(2)决定因素不同．电阻的U-I图线由被测电阻决定，与电源无关．电源的U-I图线由电源决定，与外电路无关．
[针对训练]
3．(多选)在闭合电路中，下列叙述正确的是( )
A．闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比
B．当外电路断开时，路端电压等于零
C．当外电路短路时，电路中的电流等于
D．当外电阻增大时，路端电压也增大
ACD [由公式I＝知A正确；当外电路断开时R→∞，I→0，由U＝E－Ir知U＝E，故B错误；当外电路短路时，R＝0，I＝，C正确；由U＝知，当R增大时，U增大，D正确．]
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器等电子产品，都需要配备各式各样的电源．关于电源，以下说法中正确的是( )
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能
C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
B [电源的作用是维持正、负极之间存在恒定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷(电子)由正极搬运到负极，故A错误；从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，故B正确；电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错误；电源是对电路提供能量的装置，故D错误．]
2．电动势为2 V的电池在电路上输出1 A的电流，可以断定( )
A．内、外电阻之差是2 Ω B．外电阻是2 Ω
C．内电阻是2 Ω D．内、外电阻之和是2 Ω
D [由闭合电路欧姆定律I＝可知D正确．]
3．有两个相同的电阻R串联起来接在电动势为E的电源上，电路中的电流为I；将它们并联起来接在同一电源上，此时流过电源的电流为，则电源的内阻为( )
A．R B．
C．4R D．
C [由串联电路和并联电路的特点及闭合电路欧姆定律可得E＝I(2R＋r)，E＝I，解得r＝4R.]
4．(多选)如图4-1-5为某电源的伏安特性曲线，电源的电动势用E表示，电源的内阻用r表示，短路电流用I0表示，则下列选项正确的是( )
图4-1-5
A．E＝6.0 V
B．r＝12 Ω
C．I0＝0.5 A
D．若该电源与一阻值为18 Ω的定值电阻相连接，则流过电源的电流为0.3 A
AD [因该电源的U-I图象的纵轴坐标并不是从零开始的，故纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E＝6.0 V，但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，且内阻应按斜率的绝对值计算，即r＝＝ Ω＝2 Ω.由闭合电路欧姆定律可得，当电流I＝0.3 A时，外电阻R＝－r＝18 Ω.故A、D正确．]
人造地球卫星常常利用太阳能电池作电源，太阳能电池由许多片电池板组成．设某太阳能电池板的内电阻为r＝20 Ω，它不接外电路时两极间的电压为8×10－4 V.
(1)该太阳能电池板的电动势为多大？
(2)该太阳能电池板的短路电流为多大？
(3)若在该太阳能电池板的两极间连接一只定值电阻R，R＝5 Ω，则电阻R两端的电压为多大？
[解析] (1)电池板的电动势E等于不接外电路时两极间的电压U，即E＝8×
10－4 V.
(2)外电路短路时，R＝0，I短＝＝4×10－5 A.
(3)由I＝及UR＝IR得UR＝＝1.6×10－4 V.
[答案] (1)8×10－4 V (2)4×10－5 A (3)1.6×10－4 V
课件46张PPT。第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路第1节 闭合电路欧姆定律谢谢观看
