12.2闭合电路的欧姆定律 课件——2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（36张PPT）

12.2 闭合电路的欧姆定律
一、电动势
????
?
????
?
????
?
????
?
外电路
内电路
由导线、电源、用电器连成的电路叫做闭合电路。用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路。
+
+
+
+
电源
_
_
_
_
+
+
+
+
+
+
+
正极
负极
1.电源
（1）保持两极间有电压
（2）通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能的装置
2.电动势
（1）非静电力做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫做电动势。用字母???? 表示。
?
（2）单位：V
????=????????
?
（3）电动势与外电路无关，由电源本身特性决定的。
（4）电动势的实质：表征电源把其它形式的能转化为电能的本领。
同种类型不同型号电源电动势相同，不同类型的电源电动势不同
例：干电池 ????=1.5?????
?
(1)电源的种类不同，电源提供的非静电力性质不同，一般有化学力、磁场力(洛伦兹力)、涡旋电场力等。
(2)不同电源把其他形式的能转化为电能的本领是不同的。电动势在数值上等于非静电力将1 C正电荷在电源内从负极搬运到正极所做的功，也就是1 C的正电荷所增加的电势能。
(3)电动势是标量，电源内部电流的方向，由电源负极指向正极。
(4)公式E＝????????是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的。电动势不同，表示将其他形式的能转化为电能的本领不同，例如，蓄电池的电动势为2 V，表明在蓄电池内移送1 C的电荷时，可以将2 J的化学能转化为电能。
?
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.欧姆定律
????=????????
?
2.在外电路中，电流方向由正极流向负极，沿电流方向电势降低。
????
?
????
?
????
?
????
?
3.在内电路中，通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极，所以电流方向为负极流向正极。内电路一方面，存在内阻，沿电流方向电势也降低；另一方面，沿电流方向存在电势“跃升”。
??????????
?
????
?
????
?
????????
?
????
?
????
?
实验探究
设电源电动势为????，内阻为????，与一个负载连成闭合电路，负载两端电压为????，电路中电流为????，通电时间为????：
?
化学能
电能
非静电力做功
电流做功
其它形式的能
????非=????????=????????????
?
????外=????????????
?
????内=????2????????
?
根据能量守恒定律，有
????非=????外+????内
?
∴????????????=????????????+????2????????
?
∴????=????+????????
?
即 ????=????外+????内
?
（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。
1.电源电动势等于内、外电路电势降落之和。
2.闭合电路的欧姆定律
（2）表达式：
（3）适用范围：外电路为纯电阻的闭合电路
????=????外+????内
?
????=????????+????
?
三、闭合电路欧姆定律及其能量分析
A
?
S
R
V
?
E r
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}????变化情况
????↑
????→∞
????↓
????→0
????=????????+????
????内=????????
????端=?????????内
对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变，变化情况如下：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}????变化情况
????↑
????→∞
????↓
????→0
????=????????+????
????内=????????
????端=?????????内
对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变，变化情况如下：
公式（对纯电阻电路）
（ 1 ）当外电路断开时，????→∞，????=0，????内=0，????外=????，
此为直接测量电源电动势的依据。
?
1.路端电路与电压的关系
????外=??????????????????＝????????+????
?
????=????????+????????
?
（ 2 ）当电源两端短路时，
????＝0，????=????????，????=0?,????内=???? 。
由于r 很小，电路中电流很大，容易烧坏电源。
绝对不允许将电源两端用导线直接连接在一起。
?
????2
?
????
?
外电压
内电压
????
?
????
?
????
?
2.路端电路与电流的关系
设电源的电动势????＝3????，内阻????＝2??。请根据路端电压与电流的关系式????=?????????????，以????为纵坐标，????为横坐标，作出????－????图像，并讨论以下问题。
（1）外电路断开的状态对应于图中的哪个点？怎样看出这时路端电压与电动势的关系？
（2）电动势????的大小对图象有什么影响？
（3）电源短路的状态对应于图中的哪个点？怎样读出这时电流大小？
（4） ????的大小对图象有什么影响？
?
（1）图象的函数表达
②在横轴上的截距表示电源短路电流
③图象斜率的绝对值表示电源的内阻
①在纵轴上的截距表示电源电动势????
?
（2）图象的物理意义
????=??????????
?
????=?????????????
?
????
?
????
?
????
?
????
?
????短
?
内阻越大，图线倾斜得越厉害
3.闭合电路中的功率
外电路静电力做正功，电势能转化为其他形式的能
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
电源
正极
负极
闭合电路中内、外电路电流相等
由????=????外+????内
?
得????????=????外????+????内????
?
电源内部非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
电源功率
内耗功率
输出功率
普适表达式
纯电阻电路
联　系
（1）几种功率及相互关系
????＝????????
?
????内＝????２????
?
????外＝????????外
?
????＝????２（????+????）
?
????内＝????２????
?
????外＝????２????
?
????=????内+????外
?
????????＝????２????+????????外
?
或
（2）输出功率随外电阻????的变化关系
?
????＝????????=????2????(????+????)2=????2????(????+????)2????+4????
?
当????=????时，
?
????????＝????24????
?
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。
闭合电路中只要电路的某一部分发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。其分析的一般思路为：
(1)明确电路结构，即电路各元件的连接方式。
(2)明确局部电阻的变化和外电路总电阻R总的变化。
(3)运用I总＝判断I总的变化。
(4)运用U内＝I总r判断U内的变化。
(5)运用U外＝E－U内判断U外的变化。
(6)运用电学公式定性分析各支路相关量变化。
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。
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－0.4r ①
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)r ②
由①②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。
铅蓄电池的电动势为2 V，一节干电池的电动势为1.5 V，将铅蓄电池和干电池分别接入电路，两个电路中的电流分别为0.1 A和0.2 A。试求两个电路都工作20 s时间，电源所消耗的化学能分别为多少？哪一个把化学能转化为电能的本领更大？
解析：对铅蓄电池电路，20 s内通过的电荷量
q1＝I1t＝2 C
对干电池电路，20 s内通过的电荷量
q2＝I2t＝4 C
由电动势定义式E＝????????得，电源消耗的化学能分别为
W1＝q1E1＝4 J，
W2＝q2E2＝6 J，
因E1>E2，故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领大。
[答案]　4 J　6 J　铅蓄电池
?
随堂检测
1一台发电机用0.5 A电流向外输电，在1 min内将180 J的机械能转化为电能，则发电机的电动势为(　　)
A．6 V
B．360 V
C．120 V
D．12 V
A
随堂检测
2.在如图所示的电路中，电阻R＝2.0 Ω，电源的电动势为3.0 V，内电阻r＝1.0 Ω，不计电流表的内阻，闭合开关S后，路端电压为 (　　)
A．30 V
B．1.5 V
C．2.0 V
D．1.0 V
C
随堂检测
3.如图所示，a、b、c三盏灯都能发光，且在电路变化时，灯不会烧坏。当滑动变阻器的触头P向下移动时，下列说法正确的是(　　)
A．外电路的总电阻变小
B．总电流变小
C．a灯变暗
D．c灯变亮
A
随堂检测
4.(多选)关于电源与电路，下列说法正确的是(　　)
A．外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流也由电源正极流向负极
B．外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流由电源负极流向正极
C．外电路中电场力对电荷做正功，内电路中电场力对电荷也做正功
D．外电路中电场力对电荷做正功，内电路中非静电力对电荷做正功
BD
本课小结
再见