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12.2 闭合电路的欧姆定律
预习案
预习目标
1.理解电源电动势的基本含义，知道它的定义式。
2.会从能的守恒和转化定律推导出闭合电路的欧姆定律。
3.理解内、外电压，理解闭合电路的欧姆定律。
4.会用闭合电路的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。
预习内容
预习教材83~88页，思考下列问题：
1. 闭合电路问题的求解方法？
2. 直流电路的动态分析思路？
预习检测
1. 闭合电路：由导线、电源和 连成的电路。 和导线组成外电路，电源内部是内电路。
非静电力：在电源内部把 从负极搬运到正极的力。
电源：通过 做功把其他形式的能转化为 的装置。
电动势物理意义：表征电源把其他形式的能转化为 的本领。
闭合电路中的能量转化：如图所示，A为电源正极，B为电源负极，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EIt＝ 。
2. 电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，因此(　　)
A．电动势是一种非静电力
B．电动势越大，表明电源储存的电能越多
C．电动势的大小是非静电力做功能力的反映
D．电动势就是闭合电路中电源两端的电压
3. 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
4. 如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下面结论正确的是(　　)
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时外电阻是1.8 Ω
探究案
学习目标
1.理解电源电动势的基本含义，知道它的定义式。
2.会从能的守恒和转化定律推导出闭合电路的欧姆定律。
3.理解内、外电压，理解闭合电路的欧姆定律。
4.会用闭合电路的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。
课堂探究
考点一、电动势
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。
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。
E＝
（2）单位：V
（3）电动势与外电路无关，由电源本身特性决定的。
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
（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。
(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。
考点二、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：
+
即
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
（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）表达式：
（3）适用范围：外电路为纯电阻的闭合电路
考点三、闭合电路欧姆定律及其能量分析
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：
变化情况
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：
变化情况
1.路端电路与电压的关系
公式（对纯电阻电路）
（ 1 ）当外电路断开时，，此为直接测量电源电动势的依据。
（ 2 ）当电源两端短路时， 。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.路端电路与电流的关系
设电源的电动势，内阻。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）图象的物理意义
①在纵轴上的截距表示电源电动势
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
内阻越大，图线倾斜得越厉害
3.闭合电路中的功率
闭合电路中内、外电路电流相等
由
得
（1）几种功率及相互关系
（2）输出功率随外电阻的变化关系
当时，
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。
典例精析
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。
变式训练
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？
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
3．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
4．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
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
本课小结
参考答案
预习检测
用电器 用电器 正电荷 非静电力 电势能 电势能 非静电力 I2Rt＋I2rt
C
D
A
课堂探究
考点
典例精析
【解析】
解：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
变式训练
【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. 【解答】q＝It，E＝＝＝ V＝6 V。
故选：A
2. 【解答】由闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流为：
I＝＝ A＝1.0 A，
则路端电压为U＝IR＝1.0×2.0 V＝2.0 V，
故C正确，A、B、D错误。
故选：C
3. 【解答】分析电路可知，当滑动变阻器的触头P向下移动时，并联电阻变小，外电路总电阻变小，A选项正确；根据闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流增大，B选项错误；a灯在干路，干路电流增大，a灯一定变亮，C选项错误；由U＝E－Ir可知，电源的输出电压减小，而a分得的电压增大，故并联部分电压减小，c灯一定变暗，D选项错误。
故选：A
4. 【解答】电路中电流是由电荷的定向移动形成的，外电路中，电荷在导线中电场的作用下运动，此过程电场力对电荷做正功。根据稳定电流的闭合性和电荷守恒定律，在内电路中，电荷运动方向与电场力的方向相反，电场力对电荷做负功。所以必须有除电场力以外的非静电力做功，使其他形式的能转化为电荷的电势能，所以B、D正确。
故选：BD

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