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第二节 全电路欧姆定律
天黑以后，每家都会打开电灯，此时是城市里的用电高峰时段，如果细心观察，你会发现电灯发出的光较暗，有些大电器如空调等的制冷或制热效果较差。而到了深夜或凌晨的用电低谷时段，同一盏灯发出的光却变得比较亮，空调的制冷或制热效果也提高了。
电灯、空调等电器在用电高峰时段和用电低谷时段的工作效率为什么会有变化？
主要内容
电动势
全电路欧姆定律
1
2
01
PART 01
电动势
一、电动势
1780年，意大利医学教授伽伐尼发现，如果用相连的两种不同的金属分别接触青蛙的肌肉和神经，会引起青蛙肌肉的收缩。伽伐尼认为这是一种“动物电”现象，金属只是起了导电的作用。
一、电动势
意大利物理学家伏打受伽伐尼的发现启发，经过实验后，提出产生电流的关键在于两种不同金属的作用的不同观点。经过近20年的研究，伏打发现了一个金属序列：锌、铅、锡、铁、铜、银、金……。他归纳出，只要按这个顺序，将任何两种金属接触，排在前面的那种金属就带正电，排在后面的金属带负电。这个序列后来被人们称为伏打序列。
一、电动势
基于这些知识，伏打于1800年制成了伏打电堆，如右图所示。在锌片和银片之间夹上浸透了盐水的厚纸，再把几十个这样的单元叠置起来，就能够提供持续的电流。伏打电堆就是今天使用的化学电池的雏形，它的发明使电学从对静电的研究进入到对动电的研究，开创了电学发展的新时代。
【观察与体验】 观察简易化学电池的作用
一、电动势
在一个泡沫塑料板上挖两个小槽，将两个锌片和两个铜片分别交叉插在两个槽的两边，用导线将中间相邻的铜片和锌片用导线连接起来，再将两侧的锌片和铜片分别用导线接到LED灯的负极和正极，如右图所示。在两个小槽中分别倒入一些白醋，观察发生的现象。
【思考与讨论】
以学习小组为单位讨论，在本实验中，使LED灯发光的电能来自于
，这些电能是由 能转化来的。
生活中常用的化学电池有干电池、铅蓄电池、锂电池等。常用的普通干电池大都是锰锌电池，中间是正极碳棒，外包石墨和二氧化锰的混合物。再外面包有电解质糊，因其是一种不能流动的糊状物，所以称为干电池。最外层是金属锌皮做的筒，也就是负极。化学电池都是通过化学反应，将化学能转化为电能。
一、电动势
注意生活中使用完毕的废电池含有重金属有毒物质，不可以进行破坏或解剖，也不能将其置于火上进行灼烧或炙烤，也不能随意丢弃，应作为有害垃圾投入相应的垃圾桶中进行分类回收。
【行为与责任】
一、电动势
现代生产、生活中使用的大部分电能都来自于发电厂的发电机组（右图）。发电机组发电时，都是先通过蒸汽使发电机旋转起来，然后通过其内部的电磁作用，将机械能转化为电能。
一、电动势
除了化学电池和发电机组，生产、生活中还有其他种类的电源，如太阳能电池、氢燃料电池、核电池等。概括起来说，把其他形式的能转化为电能的装置，称为电源。
不同的电源将其他形式的能转化为电能的本领一般不同，为了表示电源这种转化本领的大小，人们把非静电力（除静电力以外的其他种类的力）将正电荷从电源负极经内电路移到正极做的功 W非 跟被移送的电荷量 q 的比值，称为电源的电动势，用 E 表示，即
一、电动势
【应用与拓展】 氢燃料电池
一、电动势
氢燃料电池是一种清洁型发电装置，工作原理如右图所示。
生活中使用的电池、移动电源（充电宝），大多还有一个技术指标：容量。容量的大小常用mA·h表示。电池的容量越大，产生的电能越多，使用的时间越长。如果某电池的标称容量为4 000 mA·h，则表示它能够以100 mA的电流放电40 h，或以200 mA的电流放电20 h。
一、电动势
02
PART 01
全电路欧姆定律
包含电源在内的闭合电路，称为全电路。全电路由外电路和内电路组成，如右图所示。虚线框以外部分是外电路，由用电器、导线等组成；虚线框以内部分是内电路，即电源内部的电路。
二、全电路欧姆定律
外电路上的用电器的电阻，称为外电阻，用 R 表示。电路中导线的电阻忽略不计。电源内部的电路，如发电机的线圈、电池内的电解液等，其电阻称为电源的内阻，用 Ri 表示。
【观察与体验】 测量电源两端的电压
用一节干电池作为电源，用导线将滑动变阻器（5 Ω）和开关，按右图所示的电路连接起来。先将滑动变阻器置于最大值，开关处于打开位置，电压表接到图中所示的位置，记下电压表的示数。然后将开关闭合，再观察电压表的示数。
二、全电路欧姆定律
EIt＝I2Rt＋I2Rit
在一个纯电阻电路中，假设全电路中的电流为 I，则在时间 t 内，电源可以将 Eit 的其他形式的能量转化为电能。这些电能都被外电阻消耗的电能为I2Rt，被内电阻消耗的电能为I2Rit。根据能量守恒定律，应有
二、全电路欧姆定律
所以
在纯电阻电路中，全电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的总电阻成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。
二、全电路欧姆定律
由全电路欧姆定律可得 E＝IR＋IRi
二、全电路欧姆定律
上式中，IR 为电源两端（也是外电路两端）的电压，通常称为端电压，也叫输出电压，常用 U 表示。
U＝IR＝E- IRi
由上式可知，当电路接通时，端电压都会比电源的电动势小。
【观察与体验】 研究端电压与外电阻的关系
按右图所示连接电路并闭合开关。改变外电路的电阻 R 的大小，观察电路中的电流和端电压怎样变化。
观察发现：当外电阻增大时，电路中的电流 ，端电压 ；当外电阻减小时，电路中的电流 ，端电压 。
二、全电路欧姆定律
【思考与讨论】
电路中电源的电动势和内阻是固定不变的，当外电阻R增大时，电路中的总电阻（R+Ri） ，根据全电路欧姆定律可知，电路中的电流I ，内阻上的电压IRi ，因此端电压U（= E-IRi） 。
汽车蓄电池的供电电路如右图所示。只打开车灯时，车灯正常发光。当汽车启动时，启动电动机的电路接通，总的外电阻减小，使得外电路的端电压减小，车灯的工作功率降低，导致车灯变暗。汽车发动以后，启动电动机停止工作，外电阻恢复原大小，端电压回升，车灯便恢复正常亮度。
二、全电路欧姆定律
天黑以后，几乎每个家庭都会打开电灯、空调等用电器，而这些用电器都是并联在电路中的，因此电路中的外电阻减小，端电压降低，此时电灯发出的光较暗，空调的实际功率降低。
二、全电路欧姆定律
而到了深夜，很多用户休息了，用电器减少，外电阻增大，端电压升高，所以，电灯发出的光变亮，空调的实际功率增加。
当外电路断开时，如右图所示，外电阻 R 变为无限大，这种情况称为断路。
二、全电路欧姆定律
断路时，电路中的电流 I 为0，内阻上的电压IRi也为零，端电压U就等于电源的电动势E。因此，我们可把电压表直接接在电源两极来测量电源的电动势。由于电压表的电阻很大，电路中的电流 I 很小，内阻上的电压IRi也很小，所以，电压表此时测得的端电压U非常接近于电源的电动势E。
当外电路如右图所示连接时，外电阻等于零，这种情况称为短路。
二、全电路欧姆定律
短路时，电路中的电流很大，端电压U等于零。一般情况下，电源的内阻都很小，因此短路时电流很大，不但会烧坏电源，还可能引起火灾。因而绝不允许将一根导线或电流表直接接在电源两极上。所以，为防止短路事故发生，应在电路里安装断路器等保护装置。
示例1 在如右图所示的电路中，小灯泡由两节电池组成的电源供电，正好能够正常发光，若电源的电动势E = 3.0 V，内阻Ri = 1. 0 Ω，小灯泡的电阻R = 14 Ω，电路中的其他电阻不计。求：通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压各是多少？
二、全电路欧姆定律
分析 由题意可知，小灯泡和电源、开关组成闭合电路，电源电动势E、内阻Ri均已知，小灯泡的电阻就是外电阻R也已知，可利用全电路欧姆定律求出通过小灯泡的电流，再利用公式 U = I R或 U = E－IRi求出小灯泡两端的电压。
解 根据全电路欧姆定律，电路中的电流为
端电压为
U= E－IRi =（3.0－0.20×1.0）V = 2.8 V
二、全电路欧姆定律
示例2 在如右图所示的电路中，R1 = 8.0 Ω，R2 = 5.0 Ω。当单刀双掷开关S扳到位置1时，测得电流I1 = 0.20 A；当S扳到位置2，测得电流I2 = 0.30 A。求：电源电动势E和内阻Ri各是多少？
二、全电路欧姆定律
分析 本题要求两个未知量，必须列两个方程式才能求解。题目中恰好给出两个电路，且电动势E、内阻Ri相同。因此可根据全电路欧姆定律，代入两个电路中已知的数据，列出两个方程进行求解。
解 根据全电路欧姆定律
代入数据，得
E＝0.20×8.0 + 0.20Ri
E＝0.30×5.0 + 0.30Ri
二、全电路欧姆定律
解方程，得
Ri＝1.0 Ω
E ＝1.8 V
【技术·中国】 领先世界的我国特高压直流输电技术
二、全电路欧姆定律
谢谢聆听！

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