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(共70张PPT)
2.闭合电路的欧姆定律
课标定位
1.知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置。
2.了解电源电动势的含义,知道它的定义式。
3.理解内、外电压及闭合电路的欧姆定律。
4.会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系,会进行相关的电路分析和计算。
素养阐释
1.理解电源的作用和电动势的概念,培养物理观念。
2.经历推导过程,理解闭合电路的欧姆定律,体会电路中的能量守恒,培养科学思维。
3.通过分析、应用路端电压与负载的关系,培养科学思维。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、闭合电路
1.概念:由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。
2.外电路和内电路:用电器和导线组成外电路,电源内部是内电路。
二、电动势
1.电源
(1)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。
(2)不同的电源,非静电力做功的本领不同,这是由电源本身性质决定的。
2.电动势
(1)电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功,即非静电力所做的功W与移送
电荷量q的比值,用E表示, 。
(2)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(3)单位:与电势、电势差的单位相同,为伏特。
(4)大小的决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,跟外电路也无关。
3.对于不同型号的干电池,其电动势一般都为1.5 V,这说明了什么
提示:电动势是描述电源属性的物理量,其大小取决于非静电力做功的性质,与电池体积无关,不同型号干电池只是容量不同。
三、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.闭合电路中电流的流向:外电路中电流由电源正极流向负极,内电路中电流由电源负极流向正极。
注意:在外电路中,沿电流方向电势降低;在内电路中,沿电流方向电势升高。
2.内电阻:内电路中的电阻叫内电阻,简称内阻。
3.闭合电路中的能量转化
(1)对于电源来说,因非静电力做功将其他形式的能转化为
电能,有W=Eq=EIt。
(2)在外电路中,电流做功,电能转化为其他形式的能。
(3)电流通过内阻r时,电流做功,电能转化为内能,有Q内=I2rt。
4.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。
或E=IR+Ir
或E= U外 + U内 。
(3)闭合电路欧姆定律的三种表达形式的适用范围是否相同
四、路端电压与负载的关系
1.路端电压和外电阻的关系
(1)外电阻R增大时,电流I 减小,外电压U 增大,当R增大到无限大(断路)时,I=0,U=E,即断路时的路端电压等于电源电动势。
(2)外电阻R减小时,电流I增大,路端电压U减小,当R减小到0(短路)时,
2.路端电压与电流的关系
由U=E-Ir可知,U-I图像是一条斜向下的直线,如图所示。
五、电阻表的原理
如图所示,当红、黑表笔之间接入被测电阻Rx时,通过表头的电流 。改变Rx,电流I随着改变,每个Rx值都对应一个电流值,在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值,就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)电动势在数值上等于1 s内非静电力所做的功。(　　)
(2)电源的电动势就是电源两端的电压。(　　)
(3)外电路的电阻越大,路端电压就越大。(　　)
(4)电源断路时,电流为0,所以路端电压也为0。(　　)
×
×
√
×
2.手电筒中的电池用久了,虽然电动势没减小多少,但小灯泡却不怎么亮了,为什么
提示:电池用久了电动势基本不变但内阻明显增大,根据 可知电流减小,小灯泡功率减小,灯泡变暗。
3.假如用发电机直接给教室内的电灯供电,电灯两端的电压等于发电机的电动势吗
提示:不等于。因为发电机内部有电阻,有电势降落。发电机内部电压与电灯两端电压之和才等于电动势。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
知识点三
知识点四
对电动势的理解
问题引领
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池标有“1.5 V”字样,手机电池标有“3.7 V”字样。干电池和手机电池的电动势不同,说明了什么
提示:两种电池的电动势不同,表明它们把其他形式的能转化为电能的本领大小不同。
归纳提升
1.概念理解
(1)在不同电源中,非静电力做功的本领不同,即把相同数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极,非静电力做功的多少不同,电动势大小也不同。
(2)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,即沿电源由负极指向正极。
(3)公式 是电动势的定义式而不是决定式,E的大小与W和q无关,是由电源自身的性质决定的。
(4)电动势在数值上等于在电源的内部从负极到正极移送1 C的正电荷非静电力做功的大小。一定要注意必须是“单位正电荷”,而不是“任意电荷”。
2.电动势与电势差的区别和联系
典型例题
【例题1】 (多选)关于电源的电动势,下面说法正确的是
(　　)
A.在电源内部其他形式的能转化为电势能
B.电动势在数值上等于电路中通过1 C电荷时电源提供的总能量
C.电源的电动势跟电源的体积有关,跟外电路有关
D.电动势有方向,因此电动势是矢量
答案:AB
解析:电源是通过内部非静电力做功,将其他形式的能转化为电势能的装置,A正确;根据W=Eq可知,电动势在数值上等于电路中通过1 C电荷时电源提供的总能量,B正确;电源的电动势跟电源的体积无关,跟外电路无关,C错误;电动势有方向,但电动势是标量,故D错误。
2.电压U计算时有正有负,而电动势E只能取正值。
3.电源电动势和电场强度所用的符号相同,注意区分。
【变式训练1】 电源电动势反映了电源把其他形式的能转化为电势能的能力,因此(　　)
A.电动势是一种非静电力
B.电动势越大,表明电源储存的电能越多
C.电动势的大小是非静电力做功能力的反映
D.电动势就是闭合电路中电源两端的电压
答案:C
解析:电动势是反映电源通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能本领的物理量,电动势越大说明这种转化本领越强,但不能说明储存的电能越多,故选项A、B错误,C正确;闭合电路中电源两端电压大小等于外电压大小,故选项D错误。
闭合电路欧姆定律
问题引领
按下图所示的电路图连接电路,分别测出电源的内电压和外电压,多次测量,把测量结果记录在事先准备好的表格中,分析内、外电压的大小,它们满足怎样的规律
提示:在误差允许范围内,内、外电压之和为一定值。
归纳提升
1.闭合电路欧姆定律的表达形式
表达式 说明
(1)E=U外+U内 (1)I=和U外=E只适用于外电路为纯电阻的闭合电路
(2)由于电源的电动势E和内阻r不受R变化的影响,从I=不难看出,随着R的增加,电路中电流I减小
(3)U外=E-Ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路,也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路
(2)I= (3)U外=E-Ir(U外、I间关系) (4)U外=E(U外、R间关系) 2.闭合电路的动态分析
(1)解决闭合电路动态变化问题,应按照局部→整体→局部的程序进行分析。
(2)基本思路:电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U内的变化→U外的变化→固定支路→变化支路。
①对于固定不变的部分,一般按照欧姆定律直接判断;
②对于变化的部分,一般应根据分压或分流间接判断;
③涉及滑动变阻器滑片移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。
典型例题
【例题2】 在如图所示的电路中,电源电
动势E=1.5 V,内阻r=0.6 Ω,电阻R1=3 Ω,
电阻R2=4 Ω,电阻R3=6 Ω。电压表为理
想电表,闭合开关S。
(1)求通过电源的电流大小。
(2)求电源的内电压和电压表的示数。
答案:(1)0.25 A　(2)0.15 V　0.6 V
解析:(1)R2、R3并联后与R1串联,
则R2、R3并联电阻R23==2.4 Ω,
干路电流I==0.25 A。
(2)电源的内电压Ur=Ir=0.15 V,电压表的示数即为R2、R3的并联电压,U=IR23=0.6 V。
闭合电路问题的求解方法
1.分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。
2.求干路中的电流:若各电阻阻值和电动势都已知,可用闭合电路的欧姆定律直接求出,也可以利用各支路的电流之和来求。
3.应用闭合电路的欧姆定律解决问题时,应根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
【变式训练2】 如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中(　　)
A.电压表与电流表的示数都减小
B.电压表与电流表的示数都增大
C.电压表的示数增大,电流表的示数减小
D.电压表的示数减小,电流表的示数增大
答案:A
解析:由滑动变阻器R0的滑片向下滑可知R0连入电路的有效电阻减小,则R总减小,由I=可知I增大,由U内=Ir可知U内增大,由E=U内+U外可知U外减小,故电压表示数减小。由U1=IR1可知U1增大,由U外=U1+U2可知U2减小,由I2=可知电流表示数减小,故A正确。
U-I图像的理解和应用
问题引领
如图所示,以电路中的电流为横轴,路端电压为纵轴,建立路端电压U与电流I的U-I图像,请思考,图线与纵轴的交点表示的物理意义是什么 纵坐标从零开始时,图线与横轴的交点表示的物理意义是什么 图线的斜率的绝对值表示的物理意义又是什么
提示:图线与纵轴的交点表示电源的电动势;纵坐标从零开始时,图线与横轴的交点表示短路电流;图线斜率的绝对值表示电源的内阻,即
归纳提升
部分电路欧姆定律的U-I图像与闭合电路欧姆定律的U-I图像比较:
典型例题
【例题3】 (多选)右图为两个独立电路A和B的路端电压与其干路电流I的关系图线,则(　　)
A.路端电压都为U1时,它们的外电阻相等
B.电流都是I1时,两电源内电压相等
C.电路A的电源电动势大于电路B的电源电动势
D.A中电源的内阻大于B中电源的内阻
答案:ACD
解析:在路端电压与干路电流的关系图线(U-I)中,图线在U轴上的截距表示电动势E,图线斜率的绝对值表示电源的内阻,可见EA>EB,rA>rB。图中两直线的交点坐标为(I1,U1),由
可知,路端电压都为U1时,它们的外电阻相等。由U'=Ir可知,电流都是I1时,因r不相等,故两电源内电压不相等。所以选项A、C、D正确。
在U-I图像中,直线与纵轴交点的纵坐标表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻,但图线与横轴的交点不一定是短路电流。
【变式训练3】 (多选)下图为某一电源的U-I图线,由图可知(　　)
A.电源电动势为2 V
B.电源内阻为
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
答案:AD
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
电阻表的原理
问题引领
某同学在实验室找了一个电流表、一个电池、
一个定值电阻,串联起来后两端接上红、黑表
笔,当作电阻表使用,如图所示。两个表笔直接
接触时,电流表读数为6.0 mA,两个表笔接在
150 Ω的电阻两端时,电流表读数为3.75 mA。
现把表笔与一个未知电阻连接,电流表读数为5 mA,这个未知电阻多大
提示:设电池电动势为E、内阻为r,电流表内阻为rA,定值电阻为R0,当表笔短接时,E=I0(r+rA+R0),其中I0=6.0 mA,当接入150 Ω电阻时,有E=I1(r+rA+R0+R1),其中I1=3.75 mA,联立上式并代入数据解得E=1.5 V,r+rA+R0=250 Ω。接入未知电阻时,有E=I2(r+rA+R0+R),其中I2=5 mA,解得R=50 Ω。
答案:50 Ω
归纳提升
1.内部结构
由表头、电源和可变电阻三部分组成,如图所示。
2.测量原理
(1)当红、黑表笔相接时,如图甲所示,被测电阻Rx=0,调节R的阻值,使=Ig,则表头的指针指到满刻度,所以刻度盘上指针的满偏处定为电阻表刻度的零点,(r+Rg+R)是电阻表的内阻R内。
(2)当红、黑表笔不接触时,如图乙所示,被测电阻Rx→∞,表头中没有电流,指针不偏转,此时指针所指的位置是电阻表刻度的“∞”点。
(3)当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时,如图丙所示,通过表头
3.中值电阻及其应用
电阻表表盘中央刻度处的电阻,叫中值电阻,R中=R内,使用电阻表测电阻时,指针指在中值电阻附近,误差较小。
典型例题
【例题4】 把一量程6 mA、内阻100 Ω的电流表改装成电阻表,电路如图所示。现备有如下器材:A.电源E=3 V(内阻不计); B.滑动变阻器(0~100 Ω);C.滑动变阻器(0~500 Ω);D.红表笔; E.黑表笔。
(1)滑动变阻器选用　　　　。
(2)红表笔接　　　　端,
黑表笔接　　　　端。
(均选填“M”或“N”)
(3)按正确方法测量Rx,指针指在电流表2 mA刻度处,则阻值应为　　　　;若指在电流表3 mA刻度处,则阻值应为　　　　。
(4)若该电阻表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述电阻Rx,则其测量结果与原结果相比将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案:(1)C　(2)N　M　(3)1 000 Ω　500 Ω　(4)偏大
1.流过电阻表的电流是内部电源提供的,流过电压表、电流表的电流是外电路的电源提供的。
2.使用欧姆挡测电阻时,指针的偏角越大,待测电阻的阻值越小;指针的偏角越小,待测电阻的阻值越大。
【变式训练4】 右图是一个将电流表改装成电阻表的示意图,此电阻表已经调零,用此电阻表测一阻值为R的电阻时,指针偏转至满刻度的 处。现用该表测一未知电阻,指针偏转到满刻度的 处,则该电阻的阻值为(　　)
A.4R B.5R
C.10R D.16R
答案:D
解析:由闭合电路的欧姆定律得,调零时有E=IgR内;指针偏转至满刻度的时有E=;指针偏转到满刻度的时有E=,联立三式可解得Rx=16R,故D正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(电动势的理解)关于电源的电动势,下列说法正确的是(　　)
A.同一电源接入不同的电路,电动势就会发生变化
B.1号干电池比7号干电池的体积大,但电动势相同
C.电动势、电压和电势差虽名称不同,但物理意义相同,所以单位也相同
D.电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电势能的本领,电源把其他形式的能转化为电势能越多,电动势就越大
答案:B
解析:电动势是描述电源属性的物理量,其大小由非静电力做功的性质决定,与电池体积无关。不同型号干电池只是容量不同。
2.(闭合电路欧姆定律)(多选)若用E表示电源电动势,U表示外电压,U'表示内电压,R表示外电路的总电阻,r表示内阻,I表示电流,则下列各式中正确的是(　　)
A.U=2U' B.U'=E-U
C.U=E+Ir
答案:BD
解析:由闭合电路欧姆定律可知,E=U+U'=Ir+IR。U=IR,可推得:U'=E-U, 。故B、D正确,A、C错误。
3.(闭合电路的动态分析)如图所示,电池电动势为E,内阻为r。当滑动变阻器的滑片P向b点移动时,电压表V1的读数U1与电压表V2的读数U2的变化情况是(　　)
A.U1变大,U2变小
B.U1变大,U2变大
C.U1变小,U2变小
D.U1变小,U2变大
答案:A
解析:滑片P向b移动时,总电阻变大,干路中 变小。由于路端电压U=E-Ir,U增大,即U1变大。由于U2=IR,故U2减小,所以A正确。
4.(电阻表的工作原理)把一个满偏电流为3 mA的电流表改装成电阻表,其中电源电动势为3 V。在测电阻时,电流表指针指在表盘上2 mA处,在改成相应的电阻刻度时,应是(　　)
A.250 Ω B.500 Ω C.1 000 Ω D.1 500 Ω
答案:B
解析:当电流表满偏时,电阻表的内阻为R内= Ω=
1 000 Ω,当电流表指针指在表盘上2 mA处时,整个回路的电阻Rx+R内= Ω=1 500 Ω,所以Rx=500 Ω,选项B正确。
5.(闭合电路欧姆定律的应用)如图所示的电路中,当开关S接a点时,标有“5 V　2.5 W”的小灯泡L正常发光,当开关S接b点时,通过电阻R的电流为1 A,这时电阻R两端的电压为4 V。
(1)求电阻R的阻值。
(2)求电源的电动势和内阻。
答案:(1)4 Ω　(2)6 V　2 Ω

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