2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第4章 4．1　探究闭合电路欧姆定律

(共54张PPT)
在我们的生产生活中，需要不同的电源，那么电源的作用是什么？电路中的能量是如何转换的？本章在上章学过的电学知识的基础上，进行了加深和扩展，主要讨论了电源的作用，电路的组成和结构，有关电流的规律和以及电路中的能量转化关系等内容．其中像电动势等物理概念以及闭合电路欧姆定律等物理规律，既是电磁学的基础，也是处理电路问题应用频率最高的知识点，在学习中应深入理解，熟练掌握．本章课程标准详解如下：
(1)知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律．本条目要求让学生通过实验观察闭合电路中电压的变化．分清路端电压和内电压，要能理解电动势、路端电压和内电压的关系，理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式．还应结合实际问题，理解负载电阻与路端电压的关系，负载对电源输出功率的影响，要能用这些知识分析与解决实际问题．
(2)测量电源的电动势和内电阻．本条目要求让学生通过动手测量电源的电动势和内电阻，经历较完整的实验过程，学习有关电路连接、测量方面的实验操作技能．尝试讨论实验误差和改进的方法．
(3)知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活和生产中的应用．本条目要求学生知道焦耳定律是定量描述电流热效应的，要知道焦耳定律的定量表达式；注意新型电热材料(例如PTC陶瓷材料)的性能和应用．
4．1　探究闭合电路欧姆定律
1号干电池、5号干电池、7号干电池，正、负极之间有1.5 V电压，钮扣电池正、负之间也有1.5 V的电压，而每节蓄电池正、负极之间的电压是2 V，那么电池正、负极间的电压由什么因素决定的呢？
电源的正、负极之间有一定电压，用导线
把电源和用电器连结起来，组成闭合回路，电
路中就可形成电流，那么闭合电路中电流的大
小取决于哪些因素呢？
1．基本定义
电源是把其他形式的能转化为电能的装置．
例如：干电池和蓄电池能够把化学能转化为电能；水轮发电机能够把机械能转化为电能．
2．要点剖析
(1)电源的作用：电源有正、负两个极，两极间有一定的电压．将一段导体(或一段电路)接到电源两极之间，在导体(或电路)两端就有了一定电压．可见电源能在导体(或电路)两端保持一定的电压．
(2)电源的供电原理：在电源内部非静电力做功，其他形式的能转化为电能，在电源的外部电路，电场力做功，电能转化为其他形式的能．
(3)电源的内阻：电源的内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻也叫电源的内阻．内阻和电动势同为电源的重要参数．
1．基本定义
电源有保持两极间有一定电压的作用，且不同种类的电源，保持两极间有一定电压的本领不同．例如，干电池可保持正、负极之间有1.5 V的电压；常用的蓄电池可保持两极间有2.0 V的电压．这说明电源两极间的电压大小是由电源本身的性质决定的，为了表征电源这种特性，物理学中引入了电动势的概念．电动势用符号E表示，单位：伏特(V)．
2．要点剖析
(1)物理意义：电动势是表征电源将其他形式能转化为电能的本领的物理量．在数值上等于电源没有接入电路时正、负两极的电压．
(2)单位：在国际单位制中，电动势的单位是“伏特”，符号(V)．
(3)电动势是标量，为研究问题的方便，规定：在电源内部由电源负极指向正极方向为电动势的方向．
3．思维拓展
(1)闭合电路的组成：
①内电路：电源内部的电路，其电阻称为内电阻，内电阻所降落的电压称为内电压，常用符号U′表示；
②外电路：电源外部的电路，其两端电压称为外电压或路端电压，常用符号U表示．
(2)内、外电压和电动势的关系：E＝U＋U′.
4．易误警示
(1)用电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势．所以，U外＜E.
(2)当电源没有接入电路时，因无电流通过内电路，所以U内＝0，故此时E＝U外，即电源电动势等于电源没有接入电路时的路端电压．
(3)电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值亦相同，但二者是本质不同的物理量．电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小．
(4)电源电动势是表征电源特性的物理量，只与电源有关，与外电路的状况无关；电路中任意两点之间的电压与电源的电动势和电路参数有关．
1．经典表述
闭合电路的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比．
部分电路欧姆定律的U－I曲线与闭合电路欧姆定律的U外－I曲线的区别：(图乙是部分电路的U－I曲线)
乙
a．从表示的内容上看，图乙是对某固定电阻而言的，纵坐标和横坐标分别代表了该电阻两端的电压U和通过该电阻的是电流I，反映了I跟U的正比例关系；图甲是对闭合电路整体而言的，U外表示路端电压，I表示通过电源的电流，图线反映U外与I的制约关系．
b．从图线的物理意义看，图乙表示导体的性质，而图甲表示电源的性质，也称电源的外特性曲线．
在图乙中，U与I成正比的前提是电阻R保持一定；在图甲中，电源的电动势和内阻保持不变，外电阻是变的，正是R的变化才有U外和I的变化．
1．用多用电表测量路端电压
提出问题 通过测量路端电压，知道路端电压随着电路状态的改变而改变
制定计划与设计实验 见课本P76图4－1实验
进行实验与收集证据 1.测量电路电阻最小时的(S和S1都闭合)路端电压U′bc
2.测量电路电阻较大时的(S闭合S1断开)路端电压Ubc
3.测量电路断路时的(S和S1都断开)路端电压Uac
分析与结论 路端电压随着电路状态的改变而改变，电路的电阻越大，则路端电压就越大
2.测电源内部的电压
提出问题 电源内部的电压与电路状态有怎样的关系
制定计划与设计实验 按下图所示装置进行实验，改变滑动变阻器接在电路中的电阻，读出与两探针相连的电压表V2的读数，即为电源内部的电压．(电压表V1读数为路端电压)
提出问题 电源内部的电压与电路状态有怎样的关系
进行实验与收集证据 1.按上述设计实验连接好电路
2.滑动变阻器调在阻值较大的位置，分别读出电压表V1和电压表V2的读数U和U′，并记录到实验表格中
3.减少滑动变阻器接在电路中的组织，重复2中的实验，并多做几次
分析与结论 1.电源内部有电势降落
2.R↓→I↑→U↓、U′↑
3.每组实验中路端电压与电源内部的电压之和在误差范围内相等
以下说法中正确的是(　　)
A．在外电路中和电源内部，正电荷都受静电力作用，所以能不断定向移动形成电流
B．静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减少
C．在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力
D．静电力移动电荷做功电势能减少，非静电力移动电荷做功电势能增加
【解析】　从静电力做功和非静电力做功的角度来理解电动势的本质意义．
电源内部非静电力做功使电荷的电势能增加，引出了电动势的概念，来描述非静电力的做功本领．而静电力移动电荷做正功的过程使电势能减少．D项对．
【答案】　D
无论电源内部还是外部都存在着电场，在外电路中只有电场力做功，电能转化为其他形式能，而在电源内部，有电阻，电场力也做一部分功，将电能转化为内能，但同时有非静电力对电荷做功，将其他形式的能转化为电能．
1.铅蓄电池的电动势为2 V，这表示(　　)
A．电路中每通过1 C电荷量，电源把2 J的化学能转变为电能
B．无论接不接入外电路，蓄电池两极间的电压都为2 V
C．蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变为电能
D．蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池(电池电动势为1.5 V)的大
【答案】　AD
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
【解析】　从物理意义、定义两个方面来区分电动势和电压．电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量．而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A选项错，C选项对．当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R外＝0，这时路端电压为零，所以B、D选项错．
【答案】　C
1.电动势和电压在数值上有时相等，但二者是不同的概念．
2．当电路开路时，可以直接用电压表粗略地测出电源的电动势．
2.有关电压与电动势的说法中正确的是(　　)
A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法
B．电动势就是电源两极间的电压
C．电动势公式E＝W/q中W与电压U＝W/q中的W是一样的，都是电场力做的功
D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
【答案】　D
如下图甲所示为一灯泡两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线．由图可知，两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故，参考这条曲线回答下列问题：(不计电流表和电源的内阻)
　
甲　　　　　　　 　乙
(1)若把三个这样的灯泡串联后，接到电动势为12 V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻．
(2)如图乙所示，将两个这样的灯泡并联后再与10 Ω的定值电阻R0串联，接在电动势为8 V的电源上，求通过电流表的电流以及每个灯泡的实际功率．
(2)在右图所示的混联电路中，设每个灯泡加上的实际电压和实际电流分别为U和I，在这个闭合电路中，有
E＝U＋2IR0
代入数据并整理得：
U＝8－20I
这是一个反映了电路约束的 直线方程，把该直线在图上画出， 如右图所示．
这两条曲线的交点为U＝2 V、I＝0.3 A，同时满足了电路结构和元件的要求，此时通过电流表的电流为IA＝2I＝0.6 A，每个灯泡的实际功率P＝UI＝2×0.3 W＝0.6 W.
【答案】　(1)0.4 A　10 Ω　(2)0.6 A　0.6 W
注意区分导体的I－U曲线及电源的I－U曲线的意义，特别是两曲线交点的意义．
3．如图所示，当滑动变阻器的滑片P向上端移动时，电表示数的变化情况是(　　)
A．V1减小，V2增大，A增大
B．V1增大，V2减小，A增大
C．V1增大，V2增大，A减小
D．V1减小，V2减小，A减小
【解析】　首先弄清V2测量的是R2和R3并联支路上的电压，V1测量的是路端电压，再利用闭合电路欧姆定律判断主干电路上的物理量变化：P向上滑，R3的有效电阻增大，外电阻R外增大，干路电流I减小，路端电压增大，从而判定V1示数增大．再进行支路上的物理量的变化情况解答：由于I减小，引起内电压U内及电阻R1上的电压UR1减小，而U并＝E－(U内＋UR1)，由此可知，并联电阻R2和R3上的电压U2增大，判定V2的示数增大；由于U2增大，R2所在支路的电流I2增大，通过R3的电流I3＝I－I2，因I减小，I2增大，故I3减小，判定A的示数减小，所以本题应选C.
【答案】　C
1．电动势(E)
(1)物理意义：电动势是描述电源把其他形式的能 的物理量．
(2)定义：
(4)电源的电动势等于电源没有接入电路时，
转化为电能本领
将电荷量为q的电荷从电源的一极移动到另一极，
非静电力所作的功W与电荷量q的比值，叫做电源的电动势．
V
电源两极间的电压．
2．闭合电路欧姆定律
(1)内容：
(2)公式：I＝
常用表达式还有： .
闭合电路的总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．
E/(R＋r)．
U＝E－Ir，U＝E－U′，E＝Ir＋IR
R↑→I ，U 、U′ ，当R→∞时，I＝ 、U＝ 、U′＝ (也称为断路时)
R↓→I ，U 、U′ ，当R＝0时，I＝ (短路电流强度，)U＝ 、U′＝ .
↓
↑
↓
0
E
0
↑
↓
↑
E/r
0
E
1．(考查点：电源电动势的理解)关于电源的电动势的说法，下列正确的是(　　)
A．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
B．电源的电动势越大，电源所提供的电能就越多
C．电源接入电路后，其两端的电压越大，电源的电动势也越大
D．无论电源接入何种电路，其电动势是不变的
【解析】　由电动势的定义可知，当通过单位电荷时转化的电能为2 J，即电源的电动势为2 V，故A错误；电源所能提供的电能与电动势无关，它是由电源中贮存的可转化能量的多少决定的，故B错误；电源的电动势与外电路无关，故C错误．
【答案】　D
2．(考查点：不同电池的能量转化)下列几种常见电池有关能量转化的说法正确的是(　　)
A．太阳能电池是将热能转化为电能的装置
B．铅蓄电池能将化学能转化为电能
C．光电池是将光能转化为电能的装置
D．手摇发电机将机械能转化为电能
【解析】　现在我们接触到的电池种类和型号已经比较多，要知道它们的工作原理，必须明确电池其实是一种将其他形式的能转化为电能的装置，选项B、C、D正确．
【答案】　BCD
3．(考查点：电源的重要参数)电源的重要参数有________、________和________．电池的容量是________________________，与________有关，其单位有________、________.对同一种电池来说，体积越大，电池的容量越________，________越小．
【答案】　电动势　内电阻　容量　电池放电时能输出的总电荷量　放电状态　安培小时　毫安小时　大　内阻
4．(考查点：电源电动势的大小)电源电动势的决定因素：其大小是由________决定的，与电源的体积及外电路的组成及变化情况________．电动势在数值上等于_________________ ____________________________________________________．
【答案】　电源本身　无关　非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功
练考题、验能力、轻巧夺冠