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§12.21 闭合电路的欧姆定律
(电动势、电势和能量分析)
第十二章 电能 能量守恒定律
课前练. 如图所示是利用电动机提升重物的示意图,其中D是直流电动机. P是一个质量为 m 的重物,它用细绳拴在电动机的轴上.闭合开关S,重物P以速度 v 匀速上升,这时电流表和电压表的示数分别是 I= 5.0 A 和 U=110 V,重物P上升的速度 v =1.0 m/s. 已知重物的质量 m = 45 kg (g取10 m/s2).求:
(1)电动机线圈的电阻R
(2)电动机正常工作时的效率？
4 Ω；81.8%
一、电功和电功率
二、电热和热功率
1. 电功 W＝UIt
2. 电功率 P＝＝UI
1. 电热 Q＝I2Rt
3. 适用于一切电路
2.热功率 P = = I2 R
三、电路中的能量转化
3. 适用于一切电路
1．输入功率：P总＝UI
2．输出功率：P出＝P总 - P热
3．热功率：P热＝I2r
4．功率关系：P总＝P出＋P热
5．电动机的效率：η = ×100%
总结：电动机问题
知识回顾：电路中的能量转化
知识回顾：电流的形成
(1). 自由电荷的定向移动形成电流
金属导体中: 自由电子; 电解液: 正、负离子
(2). 导体中的自由电子在电场力作用下, 从低电势点向高电势点运动。
(3). 能把电子从A 搬运到B的装置。
(4).保持导体两端的电势差(电压),
使电路存在持续的电流。
一、电动势
正电荷定向移动的方向
金属导体
为了描述方便，本节课按电流是由正电荷定向移动形成的进行讨论。
（负电荷定向移动的反方向）
一、电动势
电流的方向：
外电路
内电路
由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路
（closed circuit）。
用电器和导线组成外电路，
电源内部是内电路
一、电动势
课堂探究一：
(1). 内电路和外电路中的电场分别是怎样的？
(2). 正电荷在外电路和内电路分别受哪些力，
做什么运动？
(3). 在电源内部，正电荷只在静电力作用下，
能从负极移动到正极吗？
(4). 结合生活实际猜想一下，电源可能通
过哪些作用(力)把从外电路移动到负极的
正电荷经过电源内部不断地搬运至正极？
(5). 电源的这种能力是怎么来的呢？该过程
可能存在哪些能量转化？
一、电动势
手摇发电机中, 非静电力是电磁作用,
它使机械能转化为电势能。
发电机
化学电池
在化学电池中，非静电力是化学作用，
它使化学能转化为电势能。
从能量转化的角度看，
电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
一、电动势
课堂探究二：
1. 不同电源把其他形式的能转化为电势能的本领相同吗？
3. 如何去衡量电源的这种本领的强弱？怎样去描述？
2. 如何比较不同抽水机抽水的本领？
一、电动势
1. 抽水机增加水的重力势能
2. 电源增加电荷的电势能
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
类比：抽水机和电源
2. 定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势
3. 定义式：
W非：非静电力做的功 q ：电荷量
4. 单位： 伏特（V） 1 V = 1 J/C
1. 物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量
E =
一、电动势
思考:
(1). 电动势是矢量还是标量？
(2). 电池越大电动势就越大吗？电动势的大小与哪些因素有关？
9V
3V
1.5V
1.5V
1.5V
2.8V
12V
各种各样的电池
电动势由电源中非静电力的特性决定，跟外电路无关。
对于常用的干电池来说，电动势跟电池的体积无关。
200V
6V
2. 定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比叫作电动势
3. 定义式：
W非：非静电力做的功 q ：电荷量
4. 单位： 伏特（V） 1 V = 1 J/C
5. 标量
1. 物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量
6. 特点: 由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关,
也跟外电路无关。
E =
一、电动势
总结：电动势E 与 电压U 的区别
1. 两个公式中W 分别表示什么力做功
E = 中：
2. 能量是如何转化的 分别描述谁的特性？
其他形式能量转化为电势能，E 反映电源的特性
电势能转化为其他形式能量，U 反映电场的特性
U = 中：
W 表示电源内部非静电力做的功
W 表示电源外部电场力做的功
E = 中：
U = 中：
课堂探究三：图中小灯泡的规格都相同, 两个电路中的电池也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗, 请思考：
(1). 在外电路中，电势怎样变化？
电压和电流满足什么关系？
(2). 在内电路中，电势怎样变化？
(3). 两种情况下电源两端的电压相等吗？
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
化学反应层
2. 电源
1. 电流
3. 电势
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
R
r
E
U外
U内
φ高
φ低
E
E= U外+ U内
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
U外
U内
E
结论：E = U外+ U内
E
负载
r
+
+
电流
+
电势
电路中电势降落关系
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
课堂探究四：电源电动势为E , 内阻为r , 与一个负载接成闭合电路, 设负载两端电压为U , 电路中电流为I , 通电时间为 t
(1). 电源内部非静电力做了多少功？能量如何转化？
(2). 这些电能在哪些地方转化成其他形式能量？
其他形式能
电能
其他形式能
非静电力做功
电流做功
W非＝qE = EIt
EIt = UIt + I2rt
E = U + Ir
即 E = U外+ U内
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
(3). 如果外电路是纯电阻电路, 那么电流I跟电源电动势E及内阻r、外电路电阻R之间会有怎样的关系呢？
I =
E = IR + Ir
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
(一)、闭合电路欧姆定律
1. 内容：闭合电路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. 公式：
（任何电路）
（纯电阻电路）
（任何电路）
I =
E = U外+ Ir
E = U外+ U内
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
(1). U内= Ir 是内电路上的电势降落，习惯上叫内电压
3. 说明：
(2). U外 是外电路上总的电势降落，习惯上叫路端电压
E = U外+ U内
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
解释现象：图中小灯泡的规格都相同, 两个电路中的电池也相同。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？
2．小张买了一只袖珍手电筒，里面有两节干电池。他取出手电筒中的小灯泡，看到上面标有“”的字样。小张认为，产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。由此，他推算出了每节干电池的内阻。如果小张的判断是正确的，那么内阻是多少？提示：串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和，内阻等于各个电池的内阻之和。
教材 第88页
[例3] 在如图所示的电路中，R1＝20.0 Ω，R2＝10.0 Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1＝0.20 A；当开关S扳到位置2时，电流表的示数为I2＝0.30 A，求电源的电动势和内电阻．
6 V　10 Ω
系统集成 第126页
一、电动势：
E =
(1). E = 中：
(2). U = 中：
W 表示电源内部非静电力做的功,其他形式能量转化为电势能, E 反映电源的特性
W 表示电源外部电场力做的功,电势能转化为其他形式能量, U 反映电场的特性
课堂小结：闭合电路的欧姆定律(电动势、电势和能量分析)
二、闭合电路欧姆定律
1. 内容：闭合电路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. 公式：
（任何电路）
（纯电阻电路）
（任何电路）
I =
E = U外+ Ir
E = U外+ U内
4．电源的电动势为4.5V、外电阻为4.0时，路端电压为4.0V．如果在外电路并联一个6.0 的电阻，路端电压是多大？如果6.0的电阻串联在外电路中，路端电压又是多大？（保留两位有效数字）
3.72V； 4.29V
教材 第88页
5．现有电动势为1.5V、内阻为1.0Ω的电池多节，准备用几节这样的电池串联起来对一个正常工作电压为6.0V、工作电流为0.1A的小灯泡供电．问：
（1）最少需要用几节这种电池？
（2）电路还需要一个定值电阻来分压，请计算这个电阻的阻值．
（1）最少需要用5节这种电池；
（2）电路还需要一个阻值为10Ω的定值电阻分压
6．图是汽车蓄电池供电简化电路图。当汽车启动时，启动开关S闭合，电动机工作，车灯会变暗；当汽车启动之后，启动开关S断开，电动机停止工作，车灯恢复正常亮度。请分析以上现象发生的原因。

当汽车启动开关S闭合时，电动机与车灯并联，电路总电阻变小，总电流变大，则降在r上的电压变大，使得车灯两端的电压变小，车灯变暗；当启动开关S断开，电动机停止工作，车灯恢复正常亮度。
教材 第88页
由铭牌 “”和“” ，得额定能量
此能量小于机场规定的的额定能量的充电宝，
所以该同学能把它带上飞机。
7．充电宝内部的主要部件是锂电池，充电宝中的锂电池在充电后，就是一个电源，可以给手机充电。充电宝的铭牌通常标注的是“mA h ”（毫安时）的数量，即锂电池充满电后全部放电的电荷量。机场规定：严禁携带额定能量超过160W h的充电宝搭乘飞机。某同学查看了自己的充电宝铭牌，上面写着“10000mA h"”和“3.7V ”，你认为能否把它带上飞机？
教材 第88页

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