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第十二章 电能 能量守恒定律
2 闭合电路的欧姆定律
为什么晚上7、8点钟的时候家里面的灯看起来很昏暗，而夜深人静时又变亮了呢？
问题
闭合电路的组成
外电路
内电路
内电路
S
R
+
—
R
S
+
—
r
E
内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻
如图所示，在外电路，正电荷由电源正极流向负极．电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把来到负极的正电荷经过电源内部不断地搬运到正极．
那么，电源的这种能力是怎么来的呢？
思考
水泵增加水的重力势能
电源增加电荷的电势能
水泵抽水靠的是非重力
电源移动电荷靠的是非静电力
不同的抽水机抽水的本领(举起高度)不同
使单位质量的水所增加的重力势能不同
不同的电源非静电力做功的本领不同
使单位正电荷所增加的电势能不同
电势能增加1.5J
电势能增加2.0J
干电池：
蓄电池：
怎样描述电源把其他形式的能转化为电能本领的大小？
蓄电池比干电池把其它形式的能转化为电能的本领强。
（类比引入速度来描述物体运动的快慢一样）
假设电源把电量为1C的正电荷从负极搬运到正极
问题
（1）定义：在电源内部，非静电力所做的功W与被移送的电荷q的比值叫电源的电动势。
（2）定义式：
（3）单位： 伏特（V） 1V=1J/C
（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。
1、电源的作用：从能量的角度看，电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电势能。
2.电动势
一、电动势
（5）电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路也无关。
电动势：反映电源把其它形式能转化为电能的本领。
电压： 反映把电势能转化为其它形式能的本领。
电动势表征电源的性质， 电势差表征电场的性质。
3.电动势与电压的区别
欧姆定律（复习）
１．内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比．
3．适用条件：
金属导电和电解液导电
2．公式：
电路中电势降落关系
R
S
r
E
E
U内
U外
电源就像升降机，升降机举起的高度相当于电源的电动势
闭合电路中电势升降也可用“儿童滑梯”做类比
儿童滑梯两端的高度差相当于内外电阻两端的电势差
对于闭合电路来说，内外电路都会出现电势降低，电势能减少。那么，电流I跟电源的电动势E及内阻r、外电阻R之间会有怎样的关系呢？
思考
1.外电路静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
静电力做正功，电势能转化为内能。
2.内电路静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
静电力做正功，电势能转化为内能。
3.在电池内部的两个反应层内非静电力对电荷做什么功？能量如何转化？
非静电力做正功，把化学能转化为电势能。
Q外=I2Rt
Q内=I2rt
W=Eq=EIt
4.根据能量守恒定律能得出什么结论？
∴E=IR+Ir
W= Q外+Q内
E = U外+ U内
r
E
R
K
内电路
外电路
（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，这个结论叫做闭合电路的欧姆律。
（2）公式：
①式只适用于外电路是纯电阻的电路。
②式适用于一切电路。
（3）适用条件：
② E = U外+ U内
①
二、闭合电路的欧姆定律及其能量分析
外电路两端的电压叫做路端电压。路端电压是用电器（负载）的实际工作电压。路端电压与负载有怎样的关系呢？
A
V
E = U外+ U内
U内=Ir
U = E - I r
用U = E - I r 来分析路端电压随着外电阻的变化：
路端电压随着外电阻的增大而增大。
路端电压随着外电阻的减小而减小。
R ↑
→ I
↓
→ Ir
↓
→U
↑
R ↓
→I
↑
→ Ir
↑
→U
↓
为什么晚上7、8点钟的时候家里面的灯看起来很昏暗，而夜深人静时又变亮了呢？这个问题你明白了吗？
思考
请根据路端电压与电流的关系式U=E-Ir，以U为纵坐标，I为横坐标，做出U与I关系的函数图像。
根据U-I图像，当外电路断开时，路端电压是多少？
当电源两端短路时，电流会是无穷大吗？
U
I
O
E
E/r
U=E-Ir
思考
1.路端电压
（1）定义：外电路两端的电压叫路端电压．
（2）公式：
U=E-Ir
2、路端电压U随电流I变化的图像．
（1）在纵轴上的截距表示电源的电动势E．
（2）在横轴上的截距表示电源的短路电流
（3）图像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.
U
I
O
E
I短
θ
三、路端电压跟负载的关系（小结）
思考：电流计可以改装成各种量程的电压表，从而直接可测电压；电流计还可以改装成各种量程的电流表，从而直接可测电流。那么，电流计能不能改装成直接测电阻的电表呢？
拓展：欧姆表
1. 结构：欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R，刻度盘和红、黑表笔组成.
如图，就电路部分而言，在欧姆表内部是电流表、电池、调零电阻三者串联而成，在欧姆表外部，接上被测电阻后，与欧姆表内部电路一起组成闭合电路．
I
Rx
E
Rg
+ r + R
Ig=
E
Rg
+ r + R
Rx
+
Ix=
I=0
2.原理：闭合电路欧姆定律 (电阻测量转换为电流测量)
改变Rx ，电流Ix随之改变，Rx与Ix一一对应. 表头刻度Ix
Rx
R =Rg+r+R
欧姆表内阻
Ω
Ix =
E
Rg+r+R+Rx
E
=
R +Rx
Rx= -R
E
Ix
0
5
10
15
Ω
Ω
20
30
40
50
100
200
500
∞
1K
(1)零刻度在右边，左边为无限大。
(2)刻度不均匀,左边密、右边稀。
3.刻度：
(3) 刻度顺序与电流表、电压表的刻度顺序相反.
Rx
Ω
Ω
拓展：闭合电路中的功率
由于闭合电路中内、外电路的电流相等
1．电源提供的总功率（电源功率）：P总=EI
2．电源的输出功率（外电路得到的功率）P外=U外I
3．电源内阻上的热功率 P内=U内I =I2r
说明：外电路可以是任何电路。
O R
P出
Pm
r
4 ．外电路时纯电阻电路，电源的输出功率 （外电路功率）与外电阻R的关系：
电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大。η=50%。
结论：电源的效率随外电阻的增大而增大
5．电源的工作效率
对纯电阻电路，电源的效率为：
2、定义：非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功跟它的电荷量的比值.
一、电动势
3、公式：
4、单位：伏(V)
1、物理意义：描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量.
小结
二、 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，这个结论叫做闭合电路的欧姆定律.
（2）公式 ：
适用条件：外电路是纯电阻的电路.
E=U+Ir普遍适用
（3）功率关系： EI=IU外+ I2r 即P出= IE- I2r
三、路端电压跟负载的关系：
2.函数关系：U=E-Ir
1.规律：当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大。
纵轴上的截距表示电动势E。
横轴上的截距表示短路电流I=E/r.
该图像斜率的绝对值为内阻r。
3.U-I图像意义：
U
I
E
O
再见

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