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闭合电路的欧姆定律
必修3 第十二章 电能 能量守恒定律
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电源
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正极
负极
非静电力
B
D
A
C
引入
两个电路中小灯泡的规格都相同，电池也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。如何解释这一现象呢？
不同的电源对电路提供的能量一样吗？与哪些因素有关呢？
授课
闭合电路
由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。
闭合电路
2.外电路:电源外部的电路
导线、电源、用电器
1.闭合电路的结构：
3.内电路:电源内部的电路
金属导体
自由电子
为了描述方便，按正电荷移动的说法来讨论。
电流的方向：正电荷移动的方向
思考
电动势
1.电源外部，正电荷将怎样移动？
2.电源内部，正电荷将怎样移动？
3.电源内部的正电荷受到电场力方向？电场力做正功还是负功？
4.什么力来克服电场力做功？
从正极到负极
从负极到正极
从正极指向负极
负功
非静电力
电源：通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置。
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电源
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正极
负极
+
非静电力
思考
电动势
在干电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；
化学锌铜硫酸电池，非静电力是化学作用，它将化学能转化为电势能
在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能。
5.电源内部的非静电力是由什么提供的？能量如何转化？
思考
电动势
抽水机增加水的重力势能
电源增加电荷的电势能
6.电源内部的能量是如何转化的？
碱性干电池----将1C的正电荷由负极搬运到正极，非静电力做功1.5J
锌汞电池----将2C的正电荷由负极搬运到正极，非静电力做功2.4J
铅蓄电池----将5C的正电荷由负极搬运到正极，非静电力做功10J
搬运1C正电荷时，非静电力做功反映电源将其他形式能转换成电势能的本领。
概念
电动势
1.定义：非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟被搬运的电荷量的比值。
数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
2.定义式：
（W：非静电力做的功 q：电荷量）
3.单位： 伏特（V） 1 V=1 J/C
标量
4.物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能本领的大小。
5.特点:由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积和外电路均无关。
对比
电动势
外电路：静电力做正功，电势能减少电势能转化为其他形式能
内电路：非静电力克服静电力做正功，电势能增加其他形式能转化为电势能
电场力做功，电能转化为其他形式的能的本领
非静电力做功，其他形式的能转化为电能的本领
授课
电动势
3.电池的容量:电池放电时能输出的总电荷量。
单位：安·时(A·h) 毫安·时(mA·h)
1.电源的电动势E。
手机待机时间长短和哪个参数有关
电源的重要参数
2.电源的内阻:电源的内部也是由导体组成的，所以也有电阻,用符号r表示。
授课
闭合电路欧姆定律及其能量分析
外电路和内电路中电流方向如何？大小是否相等？
1.闭合回路的电流
r
E
R
s
I
实际的电源可分解成不计内阻的理想电源和一个内阻两部分
外电路
内电路
I
R
U
闭合回路中电流大小如何计算？
思考
r
E
R
s
I
W非静电力=qE=IEt
1.合上开关，电路中有电流的同时伴随能量的转化，在时间t内，有多少化学能转化为电能？
问题探究：
3.电流流经内电阻r时，在时间t内转化的内能？
2.电流流经外电阻R时，在时间t内转化的内能？
外电路产生电热为：Q外=I2Rt
内电路产生电热为：Q内=I2Rt
4.以上各能量之间有什么关系？
闭合电路欧姆定律及其能量分析
W=Q外+Q内
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欧姆定律(适用纯电阻电路)。
思考
B
D
A
C
E=IR+Ir
A
B
C
D
R
E , r
U外=IR是外电路上总的电势降落；
U内=Ir是内电路上总的电势降落；
E=U外+U内
电源电动势等于内外电路电势降落之和。
内电压
外电压
闭合电路欧姆定律及其能量分析
2.闭合回路中的电势变化
在外电路中，沿电流方向电势降低。
在内电路中，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”(BC 和DA为化学反应层)
电势突升
电势突升
推理
1.外电路中的用电器叫负载，外电路的电势降落叫路端电压(输出电压)。
2.电源一定时，电流、路端电压、内电压会随外电路电阻R的改变而改变，变化情况如下表。 (↑表示增加，↓表示减少)
U＝E－Ir
路端电压与负载的关系
R变化情况 R↑ R→∞ R↓
R=0
Ｕ内＝Ｉr
Ｕ外＝Ｅ－Ｕ内
I↓
I→0
I↑
I=E/r
Ｕ内↓
Ｕ 外↑
Ｕ内→0
Ｕ 外→E
Ｕ内↑
Ｕ 外↓
Ｕ外=0
Ｕ 内=E
A
B
短路(R=0 I=E/r )
A
B
断路(R→∞ I=0)
思考
(1)图象的函数表达式
②在横轴上的截距表示电源的短路电流
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。
①在纵轴上的截距表示电源的电动势E。
(2)图象的物理意义
U
I
O
E
I短
θ
断路
短路
3.电源的外部特性曲线 ——路端电压U随电流I变化的图象
r=0
路端电压与负载的关系
④图线中某点的横纵坐标的乘积UI为电源的输出功率，即图中矩形的面积表示电源在路端电压为U时的输出功率。
U
I
问题
为什么多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗？
电路中电源电动势E和内阻r是一定的，根据“越并越小”，路端总电阻减少。
根据 电流增加。
再根据U=E－Ir 可知，路端电压减少，所以变暗。
为什么路端电压，不通过U=IR 来判断呢？
路端电压与负载的关系
练习
1.在如图所示的电路中，电源的电动势为1.5V，内阻为0.12Ω，外电路的电阻为1.38Ω， 求电路中的电流和路端电压.
R
S
E
r
练习
2. 如图，R1=14Ω,R2=9Ω,当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.2A；当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A求电源的电动势E和内电阻r。
1
A
R1
R2
2
E
r
3. 如图所示，R为电阻箱，电压表为理想电压表．当电阻箱读数为R1＝2 Ω时，电压表读数为U1＝4 V；当电阻箱读数为R2＝5 Ω，电压表读数为U2＝5 V．求：电源的电动势E和内阻r.
A
A
推理
1．电源提供的功率：
2．电源的输出功率：
3．电源内阻上的热功率：
4. 供电效率:
对纯电阻电路,电源的效率为:
r
E
R
s
I
R增大时电源效率提高
闭合电路中的功率和效率
思考
闭合电路中的功率和效率
O
R
P
r
Pm
5.电源最大输出功率：
输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外
（外电阻为纯电阻电路）
当R=r时,电源输出功率最大,但效率只有百分之五十。
练习
（多选）在如图所示的U-I图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路。则（　　）
A．电源的电动势为3 V
B．电源的内阻为2 Ω
C．电阻R的阻值为1 Ω
D．电路消耗的总功率为6 W
【正确答案】ACD
练习
在如图所示电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时（　　）
A．电压表示数变大，电流表示数变小
B．电压表示数变小，电流表示数变大
C．电压表示数变大，电流表示数变大
D．电压表示数变小，电流表示数变小
【正确答案】B
练习
（多选）在图示电路中，电源内阻不可忽略，R1、R2为定值电阻，G为灵敏电流计，V为理想电压表，平行板电容器两极板水平，开关S闭合后，位于电容器两板间的带电油滴恰好静止，现将滑动变阻器的滑片P向下移动，则以下说法正确的是（　　）
A．G中有从a到b的电流
B．V示数增大
C．油滴向上运动
D．电源内阻消耗功率增大
【正确答案】AD
问题
闭合电路中的动态分析
1.动态电路的特点
断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小，导致电路电压、电流、功率等的变化。
(2)极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。
2.电路动态分析的两种常用方法
U分
R局
增大
减小
→
R总
增大
减小
→
I总
增大
减小
→
U总
增大
减小
→
I分
(1)程序法：
问题
闭合电路中的动态分析
(1)在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，都将引起电路总电阻的增大(或减小)，该电阻两端的电压一定会增大(或减小)。
3.方法点拨
(2)理想电压表可认为是断路，理想电流表可认为是短路。
问题
闭合电路中的动态分析
4.一个结论：“串反并同”
(1)“串反”是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;
(2)“并同”是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。
电动势
闭合电路欧姆定律
E=IR+Ir
U＝E－Ir
E=U外+U内
输出功率
O
R
P
r
Pm
电动势
路端电压
B
D
A
C
动态分析
电动势
路端电压
输出功率
小结
闭合电路欧姆定律的几种表示形式
闭合电路欧姆定律及其能量分析

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