粤教版（2019）物理必修第三册 4.2 闭合电路的欧姆定律 课件(62张ppt）

第四章　闭合电路
第二节　闭合电路的欧姆定律
学习目标
1.理解内、外电压，理解闭合电路的欧姆定律
2．会用闭合电路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
3．掌握安全用电方法，合理科学用电
学法指导
1.通过对比外电路中静电力做功与电源内部非静电力做功的特点，理解电源内部和外部电路中的能量转化关系，通过比较，理解电势差和电动势这两个易混淆的概念
2．通过探究闭合电路的欧姆定律，理解内、外电路的能量转化情况
3．通过电源的U-I图像，进一步理解电源的电压与内阻的物理意义，体会图像法在研究物理问题中的作用
4．通过实例与练习，能采用不同的方法解决与闭合电路的欧姆定律相关的物理问题
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．在电源内部，非静电力把正电荷从负极板移动到正极板克服电场力所做的功与被移动电荷的电荷量之比，叫作电源的________，公式

为E＝________.
W：电源非静电力移动正电荷所做的功，单位为________，符号为J；
q：电源非静电力移动的电荷量， 单位是________，符号为C；
E：电源电动势，单位是________，符号为V.
电动势
电动势
焦耳
库仑
伏特

2．电源电动势的方向：规定为由电源的________(低电势)指向________(高电势)．
在电源内部的电路中，非静电力移动正电荷形成电流，电流的方向是从负极指向正极；在电源外部电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向是从电源正极流向电源负极．
负极
正极
【答案】AD
1．描述闭合电路的几个基本物理量：用导线把电源、用电器连接起来就构成了闭合电路，如图所示．(右栏)
闭合电路的欧姆定律

(1)内电路：电源内部的电路叫作内电路，其电阻叫作________，通常用r表示．闭合电路中，通常用U内表示Ir，它是内电路的电势降落，称为________．
(2)外电路：电源两极之间的外部电路叫作________，其电阻叫作________．闭合电路中，通常用U外表示IR，它是外电路的电势降落，称为________，也常称为________电压，简单地记为U.
内电阻
内电压
外电路
外电阻
外电压
路端
2．闭合电路中的能量转化如图所示，电路中电流为I，在时间t内，__________做功等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即Eq＝______________.
非静电力
I2Rt＋I2rt
3．闭合电路的欧姆定律．
(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成______，跟内、外电路的电阻之和成__________．

(2)公式：I＝________；适用范围：__________电路．
(3)常用的变形公式：E＝____________或U外＝__________；适用范围：任何闭合电路．
正比
反比
纯电阻
U外＋U内
E－Ir
【答案】不是．电压表示数近似等于电源电动势．
如图所示，电压表的示数就是电源电动势吗？
一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA．若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是 (　　)
A．0.10 V　　　　 B．0.20 V
C．0.30 V　　　 D．0.40 V
【答案】D
路端电压与负载的关系
增大
2．路端电压与电流的关系
(1)公式：U外＝__________.
(2)图像(U-I图像)：如图所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的坐标表示______________，斜率的绝对值表示____________．
E－Ir
电动势E
电源内阻r
【答案】当电源没有接入电路时，电源中的电流等于零，此时内电压等于零，所以这时的路端电压在数值上等于电源电动势．
为什么电源电动势在数值上等于电源没接入电路时两极间的电压？
(多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像，则下列说法中正确的是 (　　)
A．电动势E1＝E2，短路电流I1>I2
B．电动势E1＝E2，内阻r1>r2
C．电动势E1>E2，内阻r1 D．当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大
【答案】AD
【解析】由图像可知两电源的U-I图线交纵轴于一点，则说明两电源的电动势相同；交横轴于两不同的点，很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流，则A正确．又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值，即电源2的内阻大于电源1的内阻，则可知B、C错误．由图像可判断当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量，D正确．
多维课堂 | 素养初培
1．在如图所示的电路中，开关S闭合前与闭合后电压表的读数有变化吗？



【答案】开关闭合后电压表的读数小于开关闭合前的读数．
对闭合电路欧姆定律的理解
2．试分析：电源电动势E与外电路电压U外和内电路电压U内之间存在什么样的关系？用公式怎样表示？

2.特别提醒
(1)外电路短路时电路中电流较大，为防止将电源、电路烧坏或引发火灾事故，一般不允许这种情况发生．
(2)外电路含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)时，不能直接用欧姆定律解决电流问题，可以根据串、并联电路特点或能量守恒定律列式计算．
精例1　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.
变式1　如图所示的电路中，电阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，电源电动势E＝12 V，内电阻r＝1 Ω.求当电流表示数为0.4 A时，变阻器R3的阻值多大？



【答案】30 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：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路的欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求．
3．应用闭合电路的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．
1．当外电阻等于零时，会发生什么现象？有什么危害？
闭合电路的动态变化


2．当外电阻很大时，又会发生什么现象呢？
【答案】外电阻很大时，相当于外电路断路，电流I＝0，U内＝0，U外＝E，这时电源的电动势等于外电路的路端电压，电压表测电动势就是利用了这一原理．
精例2　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的滑片向下滑动的过程中 (　　)
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

【答案】A
【解析】滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中，R0接入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，总电流变大，电源的内电压变大，外电压变小，电压表的示数变小，R1两端的电压变大，R2两端的电压变小，电流表的示数变小，A正确．
变式2　(多选)在如图所示的电路中，闭合S，A、B、C三个灯均正常发光，当可变电阻R′的滑动触头上移时，对A、B、C三个灯亮度的变化，下列叙述正确的是 (　　)
A．A灯变亮
B．B灯变亮
C．C灯变亮
D．三灯均变暗

【答案】AC
　直流电路的动态分析思路
基本思路是“部分→整体→部分”，即从阻值变化入手，由串、并联规律判知R总的变化情况，再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判断各部分的变化情况．
1．外电路中沿电流方向电势如何变化？为什么？
【答案】外电路沿电流方向电势降低，因为规定正电荷的移动方向就是电流方向．在外电路中，负电荷受静电力作用，从低电势向高电势运动，负电荷运动的反方向是电流方向，故沿电流的方向电势降低．
2．根据现有知识，如何判断电路中某元器件有故障？
【答案】可以用电压表测元器件两端电压，示数为0，可判断为短路，示数较大，且超过合理值，可判断为断路．
电路故障问题
(2)用电压表检测．
如图乙所示，合上开关S，若电压表有示数，说明电路中有电流通过电压表，电路为通路(电压表作为一个大电阻把开关和电源接通了)，则开关S和导线不断路，灯L断路即为故障点．
2．假设法
已知电路发生某种故障，寻找故障发生的位置时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理．推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路．直到找出发生故障的全部可能为止，亦称排除法．
精例3　如图所示，电灯L标有“4 V　1 W”，滑动变阻器R的总电阻为50 Ω.当滑片P滑至某位置时，L恰好正常发光，此时电流表示数为0.45 A．由于外电路发生故障，电灯L突然熄灭，此时电流表示数变为0.5 A，电压表示数为10 V．若导线连接完好，电路中各处接触良好．试问：
(1)发生的故障是短路还是断路？发生在何处？
(2)发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为多大？
(3)电源的电动势和内电阻为多大？
【答案】(1)电灯L发生断路　(2)20 Ω　(3)12.5 V　5 Ω
【解析】(1)电路发生故障后，电流表读数增大，路端电压U＝U2＝I2R2也增大，因此外电路总电阻增大，一定在外电路某处发生断路．由于电流表有读数，R2不可能断路，电压表也有读数．滑动变阻器R也不可能断路，只可能是电灯L发生断路．


(3)根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir
故障前E＝9＋(0.45＋0.25)r
故障后E＝10＋0.5r
得r＝5 Ω，E＝12.5 V.
变式3　如图所示的电路中，灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的．现在突然发现灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是 (　　)
A．R3断路　　　　
B．R1短路
C．R2断路　
D．R1、R2同时短路
【答案】C

【解析】灯泡A比原来暗了些，说明灯泡A的电流和电压变小；灯泡B比原来亮了些，说明灯泡B的电压和电流变大．采取代入排除法，将选项逐个代入分析：R3断路→R外增大→R总变大→I总减小→U外变大，则易知灯泡A、B两端电压变大，由此可知两灯均变亮，故A错误；R1短路→R外减小→R总减小→I总增大，易知通过灯泡A和B的电流变大，两灯变亮，B错误；同理分析可知C正确，D错误．

如果某用电器被短路，则它两端的电压为零；如果电路中某处断路(且只有一处)，则断路处电压不为零，这是解决故障问题的主要依据．
核心素养微专题
风速计中的动态电路
风速计是测量空气流速的仪器．它的种类较多，气象站最常用的为风杯风速计，它由3个互成120°固定在支架上的锥形空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向．整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转．
【专练】　如图是一个简易风速测量仪的示意图，绝缘弹簧的一端固定，另一端与导电的迎风板相连，弹簧套在水平放置的电阻率较大的均匀金属细杆上．
迎风板与金属杆接触良好，并能在金属杆上自由滑动．电路的一端与迎风板相连，另一端与金属杆相连．已知弹簧的劲度系数k＝1 300 N/m，定值电阻R＝1.0 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω.闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长l0＝0.5 m，电压传感器的示数U1＝3.0 V．若不计摩擦和迎风板的电阻，求：
(1)金属杆单位长度的电阻R0；
(2)当电压传感器的示数为U2＝2.0 V时，作用在迎风板上的风力F.
【答案】(1)1 Ω　(2)260 N　垂直于迎风板向里
【解析】(1)电阻R与金属细杆串联连接
由E＝I(R0l0＋R＋r)，
U1＝IR0l0，解得R0＝1 Ω.
(2)设此时弹簧长度为l，由
E＝I2(R0l＋R＋r)，U2＝I2R0l，
F＝k(l0－l)，
可解得F＝260 N，垂直于迎风板向里．
课堂小练 | 素养达成
1．关于电源的电动势，下列说法中正确的是 (　　)
A．电源电动势的大小等于电源没有接入电路时两极间的电压，所以当电源接入电路时，电动势的大小将发生变化
B．电路闭合时，并联在电源两端的电压表的示数就是电源电动势的值
C．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量
D．在闭合电路中，电动势等于内、外电路上电压之和，所以电动势实际上就是电压


【答案】C
【解析】由电动势的概念分析判断可知，C正确．

2．一个闭合电路由电池供电，外电路是纯电阻时，以下说法正确的是 (　　)
A．当外电阻增大时，路端电压增大
B．当外电阻减小时，路端电压增大
C．当外电阻减小时，电路中的电流减小
D．电池的内阻越小，外电阻变化时，路端电压的变化越大

【答案】A


【答案】C
4．(多选)如图所示为两个独立电路A和B的路端电压与其总电流I的关系图像，则 (　　)
A．路端电压都为U1时，它们的外电阻相等
B．电流都是I1时，两电源内电压相等
C．电路A的电源电动势大于电路B的电源电动势
D．A中电源的内阻大于B中电源的内阻
【答案】ACD