1、6电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律 第二章 电路及其应用 学习目标：1物理观念理解电源的电动势及内阻的含义，了解内电路、外电路，知道电动势与内、外电压的关系。2科学思维掌握闭合电路欧姆定律并会进行有关计算，会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系，培养逻辑思维能力。3科学探究探究路端电压与负载的关系。4科学态度与责任认识电源对社会发展的作用。知识梳理 基础自测 自主预习探新知 NO.1阅读本节教材第 8287 页，并梳理必要知识点。一、电源的电动势和内阻 1电源及内外电路(1)能提供的装置称为电源。电能(2)外电路：的电路叫外电路，外电路两端的电压称为。(3)内电路：的电路叫内电路。电
2、源内部电源外部路端电压2电动势(1)电动势：非静电力在电源内部将正电荷从电源负极移到正极与的比。(2)定义式：EW非q。单位：伏特(V)。(3)物理意义：反映电源内做功本领的物理量。3内阻 电源的电阻称为电源的内电阻，简称内阻。所做的功W非电荷q非静电力内部电路二、闭合电路欧姆定律 1内容：在外电路只接有电阻元件的情况下，通过闭合电路的电流的大小跟电源的成正比，跟 成反比。2表达式：I ERr。内、外电阻之和电动势3路端电压与负载的关系(1)路端电压的表达式：U。(2)路端电压随外电阻的变化规律 当外电阻 R 增大时，由 I ERr可知电流 I，路端电压 UEIr。EIr减小增大当外电阻 R
3、减小时，由 I ERr可知电流 I，路端电压 UEIr。两种特殊情况：当外电路断开时，电流 I 变为，U，即断路时的路端电压等于；当电源短路时，外电阻 R0，此时短路电流 I0Er。增大减小0E电源电动势1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)电动势越大，闭合电路的电流就越大。()(2)电源的内阻越大，闭合电路的电流就越小。()(3)电源一定时，负载电阻越大，电流越小。()(4)电源发生短路时，电流为无穷大。()2电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，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
4、闭合电路中电源两端的电压 C 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。3一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA。若将该电池板与一阻值为20 的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是()A0.10 V B0.20 V C0.30 V D0.40 V D 电源电动势为0.8 V，根据I短Er，解得rEI短20，所以U RRrE0.4 V，D正确。合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 考点3 对电动势
5、的理解 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。标有“1.5 V”干电池 标有“3.7 V”手机电池(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？2不是，可以用非静电力做的功与移动的电荷量的比值来反映非静电力做功的本领。提示：1电势能增加了 7.5 J，非静电力做
6、功 7.5 J；电势能增加了 7.4 J，非静电力做功 7.4 J。1概念理解(1)电源的种类不同，电源提供的非静电力性质不同，一般有化学力、磁场力(洛伦兹力)、涡旋电场力等。(2)不同电源把其他形式的能转化为电能的本领是不同的。电动势在数值上等于非静电力将 1 C 正电荷在电源内从负极搬运到正极所做的功，也就是 1 C 的正电荷所增加的电势能。(3)电动势是标量，电源内部电流的方向，由电源负极指向正极。(4)公式 EWq 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。电动势不同，表示将其他形式的能转化为电能的本领不同，例如，蓄电池的电动势为 2 V，表
7、明在蓄电池内移送 1 C 的电荷时，可以将 2 J 的化学能转化为电能。2电动势与电压的对比 物理量电动势E电压U 物理意义非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领，表征电源的性质表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领，表征电场的性质 定义式EWq，W为非静电力做的功UWq，W为电场力做的功 物理量电动势E电压U 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 3电源的连接(1)n个完全相同的电源串联：电源的总电动势E总nE，电源的总内阻r总nr。(2)n个完全相同的电源并联：电源的总电动势E总E，电源的总内阻r总rn。【例1】铅蓄电池的电动势为2 V，一节干电池的
8、电动势为1.5V，将铅蓄电池和干电池分别接入电路，两个电路中的电流分别为0.1 A和0.2 A。试求两个电路都工作20 s时间，电源所消耗的化学能分别为多少？哪一个把化学能转化为电能的本领更大？解析 对铅蓄电池电路，20 s内通过的电荷量 q1I1t2 C 对干电池电路，20 s内通过的电荷量 q2I2t4 C 由电动势定义式EWq 得，电源消耗的化学能分别为 W1q1E14 J，W2q2E26 J，因E1E2，故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领大。答案 4 J 6 J 铅蓄电池 1电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动
9、势越大。2公式 EWq 中 W 为非静电力做的功，而 E 的大小与 W、q 无关。3电源电动势的大小是由电源本身性质决定的，不同种类的电源电动势的大小不同。跟进训练 1(多选)如图所示为一块手机电池的背面印有的一些信息，下列说法正确的是()A该电池的容量为 500 mAh，表示电池储存能量的多少，mAh为能量单位 B该电池的电动势为 3.6 V C该电池在工作 1 小时后达到的电流为 500 mA D若电池以 10 mA 的电流工作，可用 50 小时 BD 电池上的 3.6 V 表示电池的电动势，500 mAh 表示电池的容量，可以由电池容量计算电池在一定放电电流下使用的时间，由500 mAh
10、t10 mA 得，t50 h。电池的容量表示电池工作时能移动的电荷量的多少，mAh 是电荷量单位，故 A、C 错误，B、D 正确。对闭合电路欧姆定律的理解 如图为闭合电路的组成(纯电阻电路)。(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？(2)若电源电动势为 E，电路中的电流为 I，在 t 时间内电源非静电力做功多少？内外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？(3)闭合电路的电流 I 与电动势 E、外电阻 R 和内电阻 r 的关系怎样？提示：(1)在外电路，沿电流方向电势降低；在内电路，沿电流方向电势升高。(2)EIt、I2rt、I2Rt、EItI2rtI2Rt。(3)E
11、IRIr 或 I ERr。1闭合电路的欧姆定律(1)原始表达式：I ERr。(2)常用变形公式：EIRIr，EU 外U 内，U 外EIr。(3)适用范围 I ERr适用于外电路为纯电阻的闭合电路；U 外EIr 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路端电压与负载的关系(1)公式(对纯电阻电路)：U 外IREIrE ERrr。当外电路断开时，R，U 内0，U 外E，此为直接测量电源电动势的依据。当外电路短路时，R0，IEr(称为短路电流)，U 外0。由于r 很小，电路中电流很大，容易烧坏电源，这是严禁把电源两极不经负载直接相接的原因。(2)路端电压 U 外与外电
12、阻 R 之间的关系 对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变，变化情况如下(表示增大，表示减小)。外电阻变化情况RRRR0 电流 I ERrII0IIEr内电压 UIrEIRUU0UUE路端电压 U 外IR EIrU 外 U 外E U 外U 外0(3)路端电压与电流的关系图像 由 U 外EIr 可知，U 外-I 图像是一条斜向下的直线，如图所示。当 R 减小时，I 增大，路端电压减小，当外电路短路时，R 等于零，此时电路中的电流最大，I0Er，路端电压等于零。纵轴的截距等于电源的电动势 E；横轴的截距等于外电路短路时的电流，即 I0Er。直线斜率的绝对值等于电源的内
13、阻，即 rEI0UI，UI 越大，表明电源的内阻越大。图线中某点横、纵坐标的乘积 UI 为电源的输出功率，即图中虚线与坐标轴围成的矩形的面积表示电源在路端电压为 U 时的输出功率。【例 2】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 0.4A。当 S 断开时，它们的示数各改变 0.1 V 和 0.1 A，求电源的电动势和内电阻。思路点拨：(1)两表读数增减的分析：开关 S 断开后，外电阻的变化：由 R1、R2 并联变化为只有 R1接入电路，电阻变大；两表读数的变化：电流表读数减小，电压表读数变大。(2)电压表测量的是路端电压，电流表测量的是干路电
14、流，它们之间的关系满足闭合电路欧姆定律，即 UEIr。解析 当 S 闭合时，R1、R2 并联接入电路，当 S 断开时，只有 R1 接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小。当 S 闭合时，由闭合电路欧姆定律得：UEIr，即 1.6E0.4r 当 S 断开时，只有 R1 接入电路，由闭合电路欧姆定律得：UEIr，即 1.60.1E(0.40.1)r 由得：E2 V，r1。答案 2 V 1 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，特别要注意电压表是测量哪一部分的电压，电流表是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
15、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。跟进训练 2在如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，在调节可变电阻 R 的阻值过程中，发现理想电压表的示数减小，则()AR 的阻值变大 B路端电压不变 C干路电流减小 D路端电压和干路电流的比值减小 D 电压表的示数减小，根据串联电路分压规律知电阻 R 的阻值变小，外电路总电阻变小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，电源的内电压增大，则路端电压减小。根据欧姆定律知：路端电压和干路电流的比值等于 R 与 R1 的并联阻值，在减小，故 A、B、C
16、 错误，D 正确。闭合电路的动态分析 闭合电路动态问题的分析方法(1)程序法 分析电路，明确各部分电路的串、并联关系及电流表或电压表的测量对象；由局部电阻变化判断总电阻的变化；由I ERr判断总电流的变化；据UEIr判断路端电压的变化；由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化。(2)结论法“并同串反”“并同”：是指某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压都将减小。“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间
17、接串联的电阻中的电流、两端电压都将增大。【例3】如图所示电路中，开关S闭合，当滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是()A电压表示数变大，通过灯L1的电流变大，灯L2变亮 B电压表示数变小，通过灯L1的电流变小，灯L2变暗 C电压表示数变大，通过灯L2的电流变小，灯L1变亮 D电压表示数变小，通过灯L2的电流变大，灯L1变暗 D 当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由IER外r 知总电流增大，通过L2的电流增大，L2变亮；由U并EI(RL2r)知，变阻器与L1并联部分电压减小，电压表的示数变小，L1变暗，D正确。跟进训练 3(多选)如图所
18、示，电源电动势为 E，内阻为 r，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，当开关闭合后，两小灯泡均能发光。在将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是()A小灯泡 L1、L2 均变暗 B小灯泡 L1 变亮，小灯泡 L2 变暗 C电流表 A 的读数变小，电压表 V 的读数变大 D电压表 V 的读数变化量与电流表 A 的读数变化量之比不变 BCD 将滑动变阻器的滑片逐渐向右滑动的过程中，变阻器接入电路的电阻增大，与灯 L1 并联的电路的电阻增大，外电路总电阻增大，干路电流减小，电流表读数变小，L2 变暗，电源的内电压减小，根据闭合电路欧姆定律知路端电压增大，电压表 V 的读数变大，而灯
19、L2 两端电压减小，所以灯 L1 两端的电压增大，灯 L1 变亮，故B、C 正确，A 错误；电压表的读数变化量(外电压的变化量)与电流表的读数变化量的比值为电源的内阻，电源的内阻不变，故 D 正确。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 1(多选)关于电源与电路，下列说法正确的是()A外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流也由电源正极流向负极 B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 C外电路中电场力对电荷做正功，内电路中电场力对电荷也做正功 D外电路中电场力对电荷做正功，内电路中非静电力对电荷做正功 1 2 3 4 5 BD 电路中电流是由电荷的定向移动形成
20、的，外电路中，电荷在导线中电场的作用下运动，此过程电场力对电荷做正功。根据稳定电流的闭合性和电荷守恒定律，在内电路中，电荷运动方向与电场力的方向相反，电场力对电荷做负功。所以必须有除电场力以外的非静电力做功，使其他形式的能转化为电荷的电势能，所以 B、D正确。1 2 3 4 5 2一台发电机用 0.5 A 电流向外输电，在 1 min 内将 180 J 的机械能转化为电能，则发电机的电动势为()A6 V B360 V C120 V D12 V A qIt，EWq WIt1800.560 V6 V，A 正确。1 2 3 4 5 3在如图所示的电路中，电阻 R2.0，电源的电动势为 3.0 V，内
21、电阻 r1.0，不计电流表的内阻，闭合开关 S 后，路端电压为()A30 V B1.5 V C2.0 VD1.0 V 1 2 3 4 5 C 由闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流为：I ERr3.02.01.0 A1.0 A，则路端电压为 UIR1.02.0 V2.0 V，故 C 正确，A、B、D 错误。1 2 3 4 5 4如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，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 C电源的短路电流为 0.5 A D电流为 0.3 A 时外电阻是 1.8 1 2 3 4 5 A 由闭合电路欧姆定律 UEIr 得，当 I0 时，UE，即图
22、线与纵轴交点表示断路状态，电动势 E6 V，故 A 正确；电源的内阻等于图线斜率的绝对值，rUI 650.5 2，故 B 错误；外电阻 R0 时，短路电流为 IEr62 A3 A，故 C 错误；电流 I0.3 A 时，路端电压 UEIr6 V0.32 V5.4 V，则外电阻 RUI 18，故 D 错误。1 2 3 4 5 5情境：如图是一个简易风速测量仪的示意图，绝缘弹簧的一端固定，另一端与导电的迎风板相连，弹簧套在水平放置的电阻率较大的均匀金属细杆上。迎风板与金属杆接触良好，并能在金属杆上自由滑动。电路的一端与迎风板相连，另一端与金属杆相连。1 2 3 4 5 问题：(1)随着风速的增大，电
23、压传感器的示数应如何变化？(2)若弹簧的劲度系数 k1 300 N/m，电阻 R1.0，电源的电动势 E12 V，内阻 r0.5。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长 l00.5 m，电压传感器的示数 U13.0 V。若不计摩擦和迎风板的电阻。金属杆单位长度的电阻 R0 是多大？当电压传感器的示数 U22.0 V 时，垂直作用在迎风板上的风力 F 是多大？1 2 3 4 5 解析(1)风速增大，弹簧压缩量增大，电压传感器示数变小。(2)电阻 R 与金属细杆串联连接 由 EI(R0l0Rr)U1IR0l0 可求得 R01。1 2 3 4 5 设此时弹簧长度为 l EI2(R0lRr)U2I2R0l Fk(l0l)可解得：F260 N。答案(1)变小(2)1 260 N 点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
