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人教版物理必修三
第十二章 电能 能量守恒定律
第二节 闭合电路欧姆定律1
讨论交流：小灯泡并联越多亮度会如何变化？为什么？
两图中小灯泡的规格都相同，两个电路中的电池也相同。
如何解释这一现象呢 下面就讨论这个问题.
多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡 。
暗
一、闭合电路
讨论交流：
（1）闭合电路由哪几部分组成？在内、外电路中电流是怎样的？
（2）从做功的角度分析在外电路中正电荷受什么力作用？什么力做功？功能如何转化？内电路呢？
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。闭合电路包括外电路和内电路。
外电路：电源外部的电路叫外电路 。
包括用电器、开关导线等。
内电路：电源内部的电路叫内电路。
如发电机的线圈、电池的溶液等。
闭合电路=外电路+内电路
在外电路中，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？
r
E
R
S
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
抽水机增加水的重力势能
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
电源
二、电源的工作原理
二、电源的工作原理
1.电源内部的正电荷受到静电力的方向？
静电力做正功还是负功？电势能如何变化？
2.电源内部是什么力把正电荷从负极搬运到正极的？做正功还是负功？
F非静电力
F静电力
电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力在做功，使电荷的电势能增加。电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化成电势能的装置。
讨论交流：
两种电源：
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。
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。
手摇发电机
电磁作用
化学电池
化学作用
电源的实质：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。
怎样描述电源把其他形式的能转化为电能本领的大小？
三、电动势
1.5V干电池
讨论交流：非静电力做功的本领最强弱与哪些因素有关
碱性干电池——将1C的正电荷由电源负极搬运到正极，其非静电力做功1.5J。
锂电池——将1C的正电荷由电源负极搬运到正极，其非静电力做功3.7J。
铅蓄电池——将1C的正电荷由电源负极搬运到正极，非静电力做功2J。
3.7V手机电池
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。用符号E表示。
电动势在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。标量
3.单位： 伏特（V） 1 V=1 J/C
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。
2.定义式：
（W：非静电力做的功 q：电荷量）
电源的三个参数
1.电动势E:由电源中非静电力的特性（电源本身性质）决定，跟W、q无关，与电源的体积、形状无关，与是否联入电路及外电路的情况无关。
2.电源的内阻r∶电源的内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内阻。电源内部的电路可以等效为一个没有电阻的理想电源与内电阻的串联。
3.电池的容量Q∶电池放电时能输出的总电荷量，通常以安培时（A·h）或毫安时（mA·h）作单位.
r
E
内电路
电压U 电动势E
物理意义 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
定义式 U＝W/q，W为电场力做的功 E＝W/q，W为非静电力做的功
单位 伏特(V) 伏特(V)
联系 电动势等于电源未接入电路时两极间的电压值
电压与电动势比较
闭合电路中的能量又是如何转化的呢？
四、闭合电路欧姆定律
讨论交流：
设电源电动势为E，内阻为r，外电路电阻为R，闭合电路的电流为I，
①写出在t时间内，外电路中消耗的电能Q外的表达式？
②写出在t时间内，内电路中消耗的电能Q内的表达式？
③写出在t时间内，电源中非静电力做的功W的表达式？
根据能量守恒定律它们之间有什么关系？
1、部分电路欧姆定律的内容是什么？
2、闭合电路中的电流I与哪些因素有关呢？
部分电路欧姆定律：I=U/R
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.
静电力做正功电势能减少,电势能转化成其他形式能量.
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”.
非静电力做功电势能增加，其他形式能量转化成电势能.
1.电路中的能量转化
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，化学能转化为电能：
W非静电力=qE=IEt
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
电流流经内电阻r时，在时间t内转化的内能：
内电路产生电热为：Q内=I2Rt
根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和。
W=Q外+Q内
IEt=I2Rt+I2rt
外电路
内电路
2.闭合电路欧姆定律
由IEt=I2Rt+I2rt可得：
E=IR+Ir
外电路
内电路
E=U外+U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.
适用范围：外电路为纯电阻的电路.
由E=IR+Ir可得：
适用范围：外电路为非纯电阻的电路.
即：电源电动势等于内外电路电势降落之和。
表达式 物理意义 适用条件
I＝E/(R+r) 电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比 纯电阻电路
E＝I(R＋r) ① E＝U外＋Ir ② E＝U外＋U内 ③ 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和 ①式适用于纯电阻电路；②③式普遍适用
EIt＝I2Rt＋I2rt ④ W＝W外＋W内 ⑤ 电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和 ④式适用于纯电阻电路，⑤式普遍适用
闭合电路欧姆定律的几种表示形式及适用条件
(1)I＝E/(R＋r)或E＝IR＋Ir，只适用于外电路为纯电阻电路的情况，对外电路中含有非纯电阻元件(如电动机、电解槽等)的不适用．(2)E＝U外＋U内＝U外＋Ir，即电源电动势等于内外电路的电压之和．普遍适用于外电路为任意用电器的情况．(3)将电压表接在电源两极间测得的电压U外是指路端电压，不是内电路两端的电压，也不是电源电动势，所以U外＜E.
对闭合电路欧姆定律的理解:
(4)电动势和路端电压虽然是有相同的单位且有时数值也相同，但二者是本质不同的物理量．电动势反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领大小，路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式的能的本领大小．
(1)对给定的电源，认为E、r不变．
(2)对于有电压变化的闭合电路问题，由E＝U外＋U内，可知：内、外电路电压变化的绝对值相等，即|ΔU外|＝|ΔU内|.
(3)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进行列式计算．
特别提醒：
例1.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，求电源的电动势及内阻．
解析：当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得：
U1＝E－I1r，
即E＝1.6 V＋0.4r ①
当S断开时，由闭合电路欧姆定律得：
U2＝E－I2r，
即E＝(1.6＋0.1) V＋(0.4－0.1)r ②
由①②得：E＝2 V，r＝1 Ω.
例2.如图所示的电路中，电源电动势E＝9 V，内阻r＝1 Ω，电阻R2＝2 Ω，灯泡L1标有“6 V,6 W”，L2标有“4 V,4 W”，滑动变阻器的调节范围是0～20 Ω，当L1正常发光时，求：
(1)L2是否正常发光？
(2)此时R1多大？
解析：(1)分析电路图可知，L1正常发光时，UL1＝6 V，PL1＝6 W，IL1＝(PL1)/UL1＝1 A，则R2、L2所在支路电压为6 V，根据功率公式可知，L2阻值RL2＝(UL2)2/PL2＝4 Ω，根据串联电路规律可知，L2两端电压为4 V，电流IL2＝U/RL2＝1 A，正常发光．(2)根据并联电路规律可知，干路电流I＝IL1＋IL2＝2 A，内电压Ur＝Ir＝2 V，根据闭合电路欧姆定律可知，电阻R1两端电压U1＝1 V，电阻R1＝U1/I＝0.5 Ω.
练习1.(多选)如图所示，当可变电阻R＝2 Ω时，理想电压表的示数U＝4 V，已知电源的电动势E＝6 V，则（ ）
A.此时理想电流表的示数是2 A
B.此时理想电流表的示数是3 A
C.电源的内阻是1 Ω
D.电源的内阻是2 Ω
解析：由题图可知电压表测量的是外电路电压，电流表测量的是通过可变电阻R的电流，由U＝IR，得I＝2 A，再由闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir，将I＝2 A、U＝4 V、E＝6 V代入可得r＝1 Ω，故选项A、C正确，B、D错误。
AC
练习2.某同学利用如图所示的电路探究闭合电路中总电流与电源电动势的关系，其中定值电阻R1＝10 Ω、R2＝8 Ω，电源的内阻r＝2 Ω。当单刀双掷开关接1时电流表的示数为I1＝0.2 A；则当单刀双掷开关接2时，电流表的示数I2为( )
A.0.24 A B.0.2 A
C.0.18 A D.0.3 A
解析：根据闭合电路的欧姆定律，当单刀双掷开关接1时，I1＝E/(R1＋r)，当单刀双掷开关接2时，I2＝E/(R2＋r)，代入数据，由以上两式解得I2＝0.24 A，故选A。
A
练习3.如图所示为某一电源的U－I图像，由图可知( )
A.电源电动势为2.0 V
B.电源内阻为 1/3Ω
C.电源短路时电流为6.0 A
D.路端电压为1.0 V时，电路中电流为5.0 A
解析：由闭合电路欧姆定律U＝E－Ir知，当I＝0时，U＝E，由题图知电源电动势为2.0 V，故A正确；电源的内阻r＝
| △U/△I|＝(2-0.8)/6 Ω＝0.2 Ω，故B错误；电源短路时电流I短＝E/r＝10.0 A，故C错误；当电路路端电压为1.0 V时，电路中电流 ，故D正确。
AD
解决闭合电路问题的一般步骤：
(1)分析电路：认清各元件的串、并联关系，必要时画等效电路图，特别注意电压表和电流表对应的电路．
(2)求总电流I：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路欧姆定律直接求出；若内、外电路上有多个未知电阻，可利用某一部分电路的已知电阻和电压求总电流I；当以上方法都行不通时，可以应用联立方程求出I.
(3)各部分的电压、电流：根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流．
(4)注意适用条件：外电路含有非纯电阻元件时(如电动机，电解槽等)，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进行列式计算．

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