教科版_选修3-1_ 第二章 直流电路 _ 4. 电源的电动势和内阻 闭合电路 欧姆定律课件23张PPT (2)

2.4、电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律
第二章 直流电路
1.电源:是一种把其它形式能转化为电能的装置
一、电源的电动势和内阻
电源在电路中的作用：通过非静电力做功将其它形式的能转变为电能，保持导体两端有持续的电压。
一、电源的电动势和内阻
2.非静电力
3.电动势
(1)定义：非静电力做功W和电量q的比值
(2)公式：????=????????
?
(3)单位：伏特（V）
(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
数值上等于非静电力把1c的正电荷在电源内部从负极移到正极所做的功
一、电源的电动势和内阻
4.电动势和电压区别
(1)电压表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领。电动势表示非静电力做的功将其他形式能转化为电能的本领。
(2)电压由电源、导体电阻和电路的连接方式共同决定。
电动势只由电源本身决定，与外电路无关。
(3)电压、电势差、电压降、电压损失是一个物理量的几种不同形式的说法？
外电路：电源外部的电路，包括用电器、导线等
外电阻：外电路的总电阻.
内电阻：内电路的电阻，即电源的内阻.
内电路：电源内部的电路.
5.电源的内阻
一、电源的电动势和内阻
【例1】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把单位正电荷从负极移送到正极所做的功越多
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。
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。
2、公式：
只适用于外电路是纯电阻的情形.
二、闭合电路欧姆定律
E=U外+Ir ②
E=U外+U内 ③
I=????????+???? ①
?
①当R外增大时， U外也随之增大
②当外电路断开时, R外=∞, U外=E
③当外电路短路时, R外=0, U外=0,I短= 很大，一般情况下不允许外电路短路。
E
r
在电源末接入电路的情况下，用电压表直接测量电池两极所得到的数值，近似等于电源电动势的大小
3、路端电压U随外电阻R变化的讨论：
U外=I R外
=
E
1+
r
R外
E
R外+r
? R外
=
①图线与纵坐标交点表示断路，交点的纵坐标为电源电动势E.
②图线与横坐标交点表示短路，交点横坐标为短路电流I短=E/r.
③图线斜率值(tan?)表示电源的内电阻r=△U/△I.
【注意】一般纵坐标都不从零开始， ②不再成立
U = E -Ir 知:U是I的一次函数
4、路端电压随电流变化的U-I图像：
5、电源的三个功率以及关系：
（1）电源总功率：
????总=IE
?
（2）外电路功率：
????出=IU
?
=????2????(????+????)2
?
（3）内电阻功率：
????内=IU内
?
=I2r
?
（4）内电阻功率：
????总=P出+P内
?
①电源的总功率P总=IE
②内耗功率：P内=I2r
③输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外
当外电阻为纯电阻电路时
当R外=r时,P出最大，且最大值为
P出m=
E2
4r
由图可知:除了PM同一功率对应着两个电阻值,两个电阻值之间有何关系呢?
5、电源的输出功率随外电阻变化的讨论：
=
E2
+4r
(R外-r)2
R外
P出=I2R外=
E2R外
(R外+r)2
【例2】如图所示电路，电源电动势为1.5V，内阻为0.12Ω ，外电路的电阻为1.38Ω ，求电路中的电流和路端电压。
1A，1.38 V
【例3】已知如图，E =6V，r =4Ω，R1=2Ω，R2的变化范围是0－10Ω。求：
①电源的最大输出功率；
②R1上消耗的最大功率；
③R2上消耗的最大功率。
E r
R2
R1
① 2.25W；② 2W；③ 1.5W。
【例4】在所示的电路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，　当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S扳到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电流的电动势和内电阻。
　如果没有电流表，只有电压表，如何设计实验测量电源的内阻和电动势
R1
R2
A
1
2
E
r
S
R1
R2
1
2
E
r
S
V
两种测量电源电动势和内电阻的方法
【例5】如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线．若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这只定值电阻的阻值为______Ω。现有4只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是_______W。
U/V
I/A
o
20
15
10
5
a
b
解：由图象可知蓄电池的电动势为20V。
由斜率关系知外电阻阻值为6Ω。
用3只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于2Ω，因此输出功率最大为50W。
(1)保持不变的量只有电源的电动势和内电阻，电流、电压、电功率等都随外电阻的改变而改变

(2)I、U、P公式：
电流I=E/(R外+r)
内电压U内＝Ir=Er/(R外+r)
外电压U外＝I R外＝E-Ir
总功率P总＝IE
6、闭合电路中变量分析：
【例6】如图所示，电源电动势为E，内电阻为r．当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，下列说法中正确的是（ ）
A、小灯泡L1、L3变暗，L2变亮
B、小灯泡L3变暗，L1、L2变亮
C、ΔU1<ΔU2
D、ΔU1>ΔU2
V2
V1
L1
L2
L3
P
V2
V1
L1
L2
L3
P
解：滑动变阻器的触片P从右
端滑到左端，总电阻减小，总
电流增大，路端电压减小。
与电阻串联的灯泡L1、
L2电流增大，变亮，与电阻并
联的灯泡L3电压降低，变暗。
U1减小，U2增大，而路端电压U= U1+ U2减小，
所以U1的变化量大于 U2的变化量，
B、D
U
o I
E
U0 M（I0,U0）
β
α
b a
N
I0 Im
（1）右图中a为闭合电路的U-I图象b为部分电路(外电阻)的U-I图象
（2）两者的交点坐标表示该电阻接入电路时的路端电压与电流.
（3）a的斜率的绝对值表示电源内阻的大小、b的斜率的绝对值表示接入电路中外电阻的的大小
（4）图中虚线矩形的面积表示接入该电阻时的输出功率。
当两个斜率相等时（即内、外电阻相等）图中矩形面积最大，即输出功率最大。
7、闭合电路的U-I图象：