2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册课件：12.2 第1课时 闭合电路的欧姆定律

第1课时　闭合电路的欧姆定律
第十二章 2　闭合电路的欧姆定律
1.理解电动势的概念.
2.了解外电路、内电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和.
3.理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式.
4.会分析路端电压与负载的关系.
学习目标
知识梳理
重点探究
随堂演练
课时对点练
内容索引
NEIRONGSUOYIN
一、电动势
1.非静电力：电源把正电荷从负极搬运到正极的力.
2.电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置.
3.电动势：
(1)定义： 所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势.
(2)公式：E＝ .
(3)单位： ，用“ ”表示.
(4)电动势是电源的属性，大小由电源中非静电力的特性决定，与电源的 无关，跟外电路的组成及变化 (选填“有”或“无”)关.
知识梳理
非静电力
伏特
V
体积
无
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.闭合电路中的能量转化
(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝ .
(2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝ .内电路转化的内能为Q内＝
_____.
(3)根据能量守恒定律，非静电力做的功应有W＝Q外＋Q内，即EIt＝____
______，进一步得：I＝ .
I2Rt
＋I2rt
I2rt
I2Rt
EIt
2.闭合电路的欧姆定律
(1)内容：闭合电路的电流跟电源的 成正比，跟_______________
_________成反比.
(2)表达式：I＝ .
(3)另一种表达形式：E＝ .即：电源的电动势等于内、外电路__________之和.
电动势
内、外电路的
电阻之和
U外＋U内
电势降落
三、路端电压与负载的关系
1.路端电压的表达式：
U＝ .
2.路端电压随外电阻的变化规律
对于确定的电源，电动势E和内阻r是一定的.
(1)当外电阻R增大时，由I＝ 可知电流I ，路端电压U＝E－Ir .
(2)当外电阻R减小时，由I＝ 可知电流I ，路端电压U＝E－Ir .
(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为 ，U＝ .即断路时的路端电压等于 .当电源两端短路时，外电阻R＝0，此时电流I＝___.
减小
增大
增大
减小
E－Ir
电源电动势
0
E
1.判断下说法的正误.
(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置.(　　)
(2)把同一电源接在不同的电路中，电源的电动势也将变化.(　　)
(3)电动势就是电势差，两者没有区别.(　　)
(4)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压.(　　)
(5)电源一定时，负载电阻越大，电流越大.(　　)
(6)外电路断路时，电源两端的电压就是电源电动势.(　　)
即学即用
×
×
×
×
×
×
2.如图1所示，电动势为2 V的电源跟一个阻值R＝9 Ω的电阻接成闭合电路，理想电压表测得电源两端电压为1.8 V，则电源的内阻为_____ Ω.
1
图1
一、电源的电动势
导学探究　日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图2所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样，有的标有“3.7 V”字样.
重点探究
(1)如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢？
答案　把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了7.5 J，非静电力做功7.5 J.把2 C的正电荷从3.7 V手机电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了7.4 J，非静电力做功7.4 J.
(2)是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大？如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领？
答案　不是.非静电力对电荷做功多少与电荷的数量有关.若把相同数量的正电荷从电源的负极移到正极，做功越多，电荷获得的电势能越多，表明电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大.可以用非静电力做的功与电荷量的比值来反映电源把其他形式的能转化为电能的本领.
知识深化
对电动势概念的四点诠释
1.电动势是用比值定义的物理量，由电源中非静电力的特性决定，是电源的属性，与移送的电荷量q和所做的功W无关，跟电源的体积、外电路也无关.
2.电动势是电源的专用名词，而电压对应于内、外电路.
3.电动势E是标量，为了研究问题方便，规定电动势的方向为电源内部电流方向，即由电源负极指向正极.
4.电动势越大，表明每移动1 C电荷，电源可把更多的其他形式的能转化为电能.
例1　(多选)关于电动势E的说法正确的是
A.电动势E的大小，与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷　
　量q的大小成反比
B.电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关
C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
D.电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同
√
√
解析　电动势是一个用比值定义的物理量，这个物理量与这两个相比的项没有关系，它是由电源本身决定的，是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量.电动势和电势差尽管单位相同，但本质上是不相同的，故选B、C.
针对训练　(2020·合肥三中期中)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示
A.电源将1 C的正电荷从正极移至负极的过程中，2 J的化学能转变为电能
B.电源将1 C的正电荷从负极移至正极的过程中，2 J的化学能转变为电能
C.铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变为电能
D.铅蓄电池比干电池(电动势为1.5 V)的体积大，故电动势大


√
解析　铅蓄电池的电动势为2 V，表示非静电力将1 C正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功为2 J，即2 J的化学能转变为电能，与时间无关，故A、C错误，B正确；
电源的电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领，铅蓄电池的电动势比一节干电池的电动势大，与二者的体积大小无关，故D错误.
二、闭合电路的欧姆定律
导学探究　如图3为闭合电路的组成.
(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？
图3
答案　在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高
(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？
答案　EIt　I2rt　I2Rt　EIt＝I2Rt＋I2rt
(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？
知识深化
1.内、外电路中的电势变化
如图4所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高.
图4
2.闭合电路欧姆定律的几种表达形式
(2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意的闭合电路.
例2　(多选)如图5所示，当可变电阻R＝2 Ω时，理想电压表的示数U＝4 V，已知电源的电动势E＝6 V，则
A.此时理想电流表的示数是2 A
B.此时理想电流表的示数是3 A
C.电源的内阻是1 Ω
D.电源的内阻是2 Ω
图5
√
√
解析　由题图可知电压表测量的是路端电压，
电流表测的是通过可变电阻R的电流，
则U＝IR，得I＝2 A，
再由闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir，
将I＝2 A、U＝4 V、E＝6 V代入可得r＝1 Ω，
故选项A、C正确，选项B、D错误.
例3　在如图6所示电路中，电源电动势E＝12 V，内电阻r＝1.0 Ω，电阻R1＝9.0 Ω，R2＝15 Ω，理想电流表A的示数为0.4 A，求电阻R3的阻值和它消耗的电功率.
图6
答案　30 Ω　1.2 Wk
解析　由欧姆定律可知电阻R2两端的电压U2＝I2R2＝6 V，
由闭合电路欧姆定律，有E＝U2＋I(R1＋r)
解得I＝0.6 A
则通过电阻R3的电流I3＝I－I2＝0.2 A，
解得R3＝30 Ω，
所以电阻R3消耗的电功率P3＝I3U3＝1.2 W.
三、路端电压与负载的关系
导学探究　1.在如图7所示的电路中，电源的电动势E＝10 V，内电阻r＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压.通过数据计算，你发现了怎样的规律？

图7
答案　外电压分别为7.5 V、8 V、9 V.随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大.
2.根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式，并画出U－I图像.
答案　由E＝U＋U内及U内＝Ir得U＝E－Ir，
U－I图像如图所示
知识深化
1.路端电压与负载的关系：U＝E－U内＝E－ r，随着外电阻增大，路端电压增大.当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U＝E，这也提供了一种粗测电源电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势.
2.路端电压与电流的关系：U＝E－Ir.
3.电源的U－I图像：如图8所示是一条倾斜的直线，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻.
图8
例4　(多选)如图9所示为某一电源的U－I图线，由图可知
A.电源电动势为2 V
B.电源内电阻为 Ω
C.电源短路时电流为6 A
D.电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 A


√
√
图9
解析　在U－I图线中，纵轴截距表示电源电动势，A正确；
横轴截距表示短路电流，C错误；
U－I图线斜率的绝对值表示电源的内电阻，
当电路路端电压为1 V时，内电阻分得的电压U内＝E－U外＝2 V－1 V＝1 V，
1.(电源的电动势)(多选)一组铅蓄电池的电动势为4.8 V，内阻不为零，以下说法中正确的是
A.电路中每通过1 C电荷量，铅蓄电池能把4.8 J的化学能转变为电能
B.体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大
C.电路中每通过1 C电荷量，铅蓄电池内部非静电力做功为4.8 J
D.该铅蓄电池把其他形式能转化为电能的本领比一节干电池(电动势为
1.5 V)的强
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随堂演练
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解析　由W＝Eq可知，电路中每通过1 C的电荷量时，铅蓄电池将4.8 J的化学能转化为电能，故A正确；
电池的电动势只与电池的性质有关，与体积无关，故B错误；
电路中每通过1 C的电荷量，铅蓄电池内部非静电力做功为W＝Eq＝4.8 J，故C正确；
电动势反映电源将其他形式的能转化为电能的本领，故D正确.
4
2.(闭合电路的欧姆定律)(多选)在如图10所示电路中，电源电动势E＝9 V、内阻r＝3 Ω，R＝15 Ω，下列说法中正确的是
A.当S断开时，UAC＝9 V
B.当S闭合时，UAC＝9 V
C.当S闭合时，UAB＝7.5 V，UBC＝0
D.当S断开时，UAB＝0，UBC＝0
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图10
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解析　当S断开时，UAC与UBC都等于电源电动势，A正确，D错误；
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3.(电源的U－I图像) (多选)如图11所示，图线1、2分别为闭合电路中两个不同电源的U－I图像，则下列说法正确的是
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>r2
D.当工作电流变化量相同时，电源2的路端电
压变化较大
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图11
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解析　由闭合电路欧姆定律知E＝U＋Ir.
当I＝0时U＝E，
即U－I图线中U轴截距表示电源电动势，两电源的电动势相等.
由题图知，I轴截距表示短路电流，则短路电流I1>I2，A正确.
即U－I图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，
由题图知内阻r1 当工作电流变化量相同时，
因为r14
4.(闭合电路欧姆定律的应用)如图12所示，电阻R1＝8 Ω，R2＝3 Ω，当开关S接a点时，理想电流表示数为1 A；当开关S接b点时，理想电流表示数为2 A.求电源的电动势和内阻.
图12
答案　10 V　2 Ω
解析　开关S接a点时，E＝I1(R1＋r)
开关S接b点时，E＝I2(R2＋r)
代入数据解得：E＝10 V，r＝2 Ω.
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考点一　电源的电动势
1.(多选)对于电动势的定义式E＝ 的理解，正确的是
A.E与W成正比
B.E与q成反比
C.E的大小与W、q无关
D.W表示非静电力做的功

基础对点练
课时对点练
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2.(多选)(2020·鸡泽县期末)关于电动势，下列说法正确的是
A.电源两极间的电压等于电源电动势
B.电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能就越多
C.电源电动势的数值等于内、外电压之和
D.电源电动势由电源本身决定，与外电路的组成无关
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解析　电源没有接入电路时两极间的电压等于电源电动势，在闭合电路中电源两极间的电压是路端电压，电源电动势的数值等于内、外电压之和，故A错误，C正确；
电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能的本领越大，但不是将其他形式的能转化为电能就越多，故B错误；
电动势是表征电源把其他形式的能量转化为电能本领的物理量，大小由电源本身决定，与外电路的组成无关，故D正确.
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考点二　闭合电路的欧姆定律
3.(多选)纯电阻电路中，若E表示电动势，U表示外电压，U′表示内电压，R表示外电路的总电阻，r表示内电阻，I表示干路电流，则下列各式正确的是
A.U′＝IR B.U′＝E－U
C.U＝E＋Ir D.U＝ E
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4.在如图1所示的电路中，闭合开关S后，把R由2 Ω改为6 Ω时，电流减小为原来的一半，则电源的内电阻应为
A.4 Ω B.8 Ω
C.6 Ω D.2 Ω
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图1
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解析　根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)，
当R＝2 Ω时，E＝I(2 Ω＋r)；
当R＝6 Ω时，E＝ (6 Ω＋r)，
联立解得r＝2 Ω，故选D.
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5.在如图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表，外接电阻为R、电源内阻为r.由以上数据可知 为
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图2
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解析　当开关S1断开、开关S2闭合时，理想电压表的示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D.
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考点三　路端电压与负载的关系
6.(多选)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电阻)
A.U随R的增大而减小
B.当R＝0时，U＝0
C.当电路断开时，I＝0，U＝0
D.当R增大时，U也会增大
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7.(多选)如图3所示为某电源的路端电压与电流的关系图像，下列结论正确的是
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
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图3
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解析　由题图可知电源的U－I图像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，
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由闭合电路欧姆定律可得电流I＝0.3 A时，
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8.2017年11月5日，我国用长征火箭成功发射了两颗北斗三号组网卫星，开启了北斗导航系统全球组网的新时代.卫星在太空飞行，主要靠太阳能电池提供能量.有一太阳能电池板，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.0.1 V B.0.2 V
C.0.3 V D.0.4 V
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解析　电路开路时，路端电压等于电池电动势，
所以电动势E＝800 mV.
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该电池板与阻值为20 Ω的电阻连成闭合电路时，
所以路端电压U＝IR＝400 mV＝0.4 V，D项正确.
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9.在如图4所示的电路中，电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.6 Ω，电阻R1＝3 Ω，电阻R2＝4 Ω，电阻R3＝6 Ω.电压表为理想电表，闭合开关S，求：
(1)通过电源的电流大小；
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图4
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答案　0.25 A
解析　闭合开关S时，R2、R3并联后与R1串联，则R2、R3并联电阻
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(2)电源的内电压和电压表的示数.
解析　电源的内电压Ur＝Ir＝0.15 V，
电压表的示数即为R2、R3的并联电压，U＝IR23＝0.6 V.
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答案　0.15 V　0.6 V
图5
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能力综合练
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10.(2020·扬州市期末)在如图5所示的电路中，电阻R1＝9 Ω，R2＝15 Ω，R3＝30 Ω，电源内电阻r＝1 Ω，闭合开关S，理想电流表的示数I2＝0.4 A.求：
(1)电阻R3两端的电压U3；
答案　6 V
解析　电阻R3两端的电压U3＝I2R2＝0.4×15 V＝6 V；
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(2)流过电阻R1的电流I1的大小；
答案　0.6 A
流过电阻R1的电流大小I1＝I2＋I3＝0.4 A＋0.2 A＝0.6 A；
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(3)电源的总功率P.
答案　7.2 W
解析　电源的电动势为：E＝I1r＋I1R1＋U3＝0.6×1 V＋0.6×9 V＋6 V＝12 V
11.如图6所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，闭合开关S后标有“8 V　16 W”的灯泡L恰好能正常发光，电动机线圈的电阻R0＝1 Ω，求：
(1)电源的总功率；
答案　40 W
图6
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解析　灯泡L正常发光，则路端电压等于灯泡的额定电压8 V
内电压U内＝10 V－8 V＝2 V
电源总功率P＝IE＝4×10 W＝40 W
(2)电动机的输出功率.
答案　12 W
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电动机的总功率PM＝ULIM＝8×2 W＝16 W
电动机内阻消耗的功率P内＝IM2R0＝4 W
故电动机的输出功率P出＝PM－P内＝12 W.
12.如图7所示，甲图中滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示.不考虑电表对电路的影响.
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拓展提升练
(1)电压表V1、V2的示数随电流表示数的变化图像应分别为U－I图像中的哪一条直线？
图7
答案　见解析
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解析　电流增大，路端电压减小，定值电阻R0分压增大，V1指示电阻R0两端电压，示数变化如AC直线所示，V2指示路端电压，示数变化如BC直线所示.
(2)定值电阻R0、滑动变阻器的总电阻R分别为多少？
解析　根据欧姆定律，由题图乙可知，
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答案　3 Ω　12 Ω
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当电流取最小值I0＝0.5 A时，滑动变阻器的阻值最大，此时滑动变阻器两端电压UR＝UB－UA＝(7.5－1.5)V＝6 V，
(3)求出电源的电动势和内阻.
解析　根据闭合电路欧姆定律，路端电压与电流的关系是U＝E－Ir
所以BC直线斜率的绝对值表示电源内阻，
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答案　8 V　1 Ω
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电动势E＝UB＋I0r＝(7.5＋0.5×1)V＝8 V.
本课结束