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12.2 闭合电路的欧姆定律
第十二章电能 能量守恒定律
教学目标
1.理解电动势
2.了解外电路、内电路,知道电动势等于内外电路电势降落之和
3.理解闭合电路欧姆定律的内容,掌握其表达式
4.会分析路端电压与负载的关系
引入
只有用导线将电源、用电器连成闭合电路，电路中才有电流
那么电路中的电流大小与哪些因素有关？
电源提供的电能是如何在闭合电路中分配的？
闭合电路
闭合电路是指电荷沿电路绕一周可回到原位置的电路
外电路和内电路：
外电路：
电源外部的用电器和导线等构成外电路
电源内部的电路是内电路
一个简单的闭合电路由电源、用电器、导线和开关组成
内电路：
闭合电路
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
在内电路中，即电源内部，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
内电路与外电路中的电流强度相同
闭合电路
外电路：
内电路：
沿电流方向电势降低
①存在内阻，沿电流方向电势也降低
②沿电流方向存在电势“跃升”
电动势
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5 V”字样,有的标有“3.7 V”字样。
1.如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少 非静电力做了多少功 如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢
2.是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大 如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领
电动势
1.电动势
(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q的比值
(2)定义式为:E=。
(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,跟外电路无关。
电动势
2.对电动势概念的四点诠释
(1)电动势是用比值定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟电源的体积、外电路也无关。
(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。
(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。
(4)电动势越大,表明每移动1 C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。
电动势
例1 (多选)关于电动势E的说法中正确的是 (　　)
A.电动势E的大小,与非静电力所做的功W的大小成正比,与移送电荷量q的大小成反比
B.电动势E是由电源本身决定的,跟电源的体积和外电路均无关
C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同
解析:电动势是一个用比值定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。电动势和电势差尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C。
电动势
电动势E 电势差U
实质 非静电力做功,其他形式的能转化为电能 静电力做功,电能与其他形式的能相互转化
定义式
联系 两者单位相同,均为伏特(V) 电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差
电动势
例2 有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5 C的电子从正极移到负极需要3×10-2 s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5 J,则该铅蓄电池的电动势是多少 给一小灯泡供电,供电电流是0.2 A,供电10 min,非静电力做功是多少
解析:电动势
非静电力做的功W=Eq=EIt=2×0.2×60×10 J=240 J。
闭合电路的欧姆定律
在正负极之间，电源的内阻中也有电流，沿电流方向电势降低
如果电源是一个化学电池，在电源的正负极附近存在着化学反应层
反应层中非静电力（化学作用）把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个反应层中，沿电流方向电势升高
从能量角度对电路进行分析
在t 时间内
外电路消耗电能
内电路消耗电能
电源中非静电力做的功
闭合电路中，能量是如何转化的？
闭合电路的欧姆定律
电源非静电力做功对应的能量转化为内电路和外电路的热能
+
即
闭合电路的欧姆定律
闭合电路的欧姆定律
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
表达式:I=
适用条件：
外电路是纯电阻的电路
闭合电路的欧姆定律
表达式 物理意义 适用条件
电流与电源电动势成正比 纯电阻电路
①E=I(R+r) ②E=U外+Ir ③E=U外+U内 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
④EIt=I2Rt+I2rt ⑤W=W外+W内 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
闭合电路的欧姆定律
例3 在如图所示的电路中,R1=9 Ω,R2=5 Ω,当a、b两点接理想的电流表时,其读数为0.5 A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8 V。求电源的电动势和内电阻。
解析:当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5 A,由闭合电路欧姆定律得:E=I1(R2+r)①
当a、b两点间接理想的电压表时,回路中的电流I2= A=0.2 A
由闭合电路欧姆定律得:
E=I2(R2+R1+r)②
联立①②得:E=3 V,r=1 Ω。
闭合电路的欧姆定律
闭合电路中，消耗电能的元件常常称为负载
负载变化时，电路中的路端电压也会变化
路端电压怎样随着负载的变化而变化？
路端电压与负载的关系
演示实验
现象：
滑动变阻器滑动片右移电流增大，电压减小
滑动片左移电流减小，电压增大
路端电压与负载的关系
R 增大时I 减小，内电压减小，外电压增大
R 减小时I 增大，内电压增大，外电压减小
当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大
当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小
路端电压与负载的关系
(1)当外电阻R增大时,由I=可知电流I减小,路端电压U=E-Ir增大。
(2)当外电阻R减小时,由I=可知电流I增大,路端电压U=E-Ir减小。
(3)两种特殊情况:当外电路断开时,电流I变为0,U=E。即断路时的路端电压等于电源电动势。当电源短路时,外电阻R=0,此时I=。
路端电压与负载的关系
(1)U轴截距表示电源电动势,纵坐标从零开始时,I轴截距等于短路电流。
(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即内阻r=。
路端电压与负载的关系
例4 (多选)某一电源的U-I图线如图所示,由图可知(　　)
A.电源电动势为2 V
B.电源内电阻为 Ω
C.电源短路时电流为6 A
D.电路路端电压为1 V时,电路中电流为5 A
解析:在本题的U-I图线中,纵轴截距表示电源电动势,A正确;横轴截距表示短路电流,C错误;图线斜率的绝对值表示电源的内阻,则r= Ω=0.2 Ω,B错误;当路端电压为1 V时,内阻分得的电压U内=E-U外=2 V-1 V=1 V,则电路中的电流I= A=5 A,D正确。
路端电压与负载的关系
例5 某电源的路端电压与电流的关系图象如图所示,下列结论正确的是 (　　)
A.电源的电动势为6.0 V
B.电源的内阻为12 Ω
C.电源的短路电流为0.5 A
D.电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
解析:因该电源的U-I图象的纵轴坐标并不是从零开始的,故纵轴上的截距虽为电源的电动势,即E=6.0 V,但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流,且内阻应按斜率的绝对值计算,即r= Ω=2 Ω。由闭合电路欧姆定律可得电流I=0.3 A时,外电阻R=-r=18 Ω。故选A、D。
本课结束

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