1、第1节闭合电路欧姆定律学习目标1.知道电源电动势和内电阻，理解电动势的概念。(物理观念)2.掌握闭合电路欧姆定律，并能用来分析、计算闭合电路的有关问题。(科学思维)3.理解路端电压与外电阻的关系，能用闭合电路欧姆定律分析动态电路。(科学思维)一、电动势1电源把其他形式的能转化为电能的装置。2电动势(1)物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量。(2)大小：在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压。电动势符号为E，单位为伏特，符号为V。二、闭合电路欧姆定律1闭合电路(1)电路：一部分是电源外部的电路，称为外电路；另一部分是电源内部的电路，称为内电路。(2)电压：外电路两端的电压
2、叫作外电压，又叫路端电压，用U外表示；内电路两端的电压叫作内电压，用U内表示。(3)电动势与内、外电压的关系：在闭合电路中，内、外电路电势的降落等于电源的电动势，即EU外U内或EIRIr。(4)电流：在外电路中，电流由电势高的一端流向电势低的一端；在内电路中，电流由电势低的一端流向电势高的一端。2闭合电路欧姆定律(1)内容：流过闭合电路的电流与电路中电源的电动势成正比，与电路中内、外电阻之和成反比。(2)公式：I。(3)适用的条件为：外电路为纯电阻电路。三、路端电压与外电阻的关系1路端电压与电流的关系公式：UEIr。2路端电压与外电阻的关系：根据UIRR可知，当R增大时，路端电压U增大，当R减
3、小时，路端电压U减小。3两种特例(1)当外电路断路(如开关断开)时，外电阻R为无穷大，I为零，Ir也为零，可得UE，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。(2)当外电路短路时，外电阻R0，此时电路中的电流最大，即Im，路端电压为零。1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)电动势越大，电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。()(2)电动势的大小等于电源两极间的电压。()提示电动势大小等于电源未接入电路时两极间电压的大小。(3)在闭合回路中电流总是从高电势流向低电势。()提示在电源内部电流由低电势流向高电势。(4)闭合电路欧姆定律I的应用是有条件的。()(5)当电源两端短路时，路
4、端电压等于电源的电动势。()提示短路时，路端电压为零。2下列说法正确的是()A电源的电动势实质上就是电源两极间的电压B电源的电动势在数值上等于电源两极间的电压C电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别D电动势越大，电源两极间的电压一定越高C电动势与电压有本质的区别，二者单位相同，只有电源与外电路断开时，电源两极间的电压在数值上才与电动势相等。3(多选)在闭合电路中，下列叙述正确的是()A闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比B当外电路断开时，路端电压等于零C当外电路短路时，电路中的电流无穷大D当外电阻增大时，路端电压也增大AD由I可知，A正确；当外电路断开时，电源
5、的电流为0，UE，B错误；当外电路短路时，R0，I，C错误；由UIR可知，R增大，U增大，D正确。电动势的理解1.对电动势的理解(1)电动势的物理意义：它反映了电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，是电源的属性，与电源的体积、外电路无关。(2)电动势的粗略测量：E的数值等于没有接入外电路时电源正负两极间的电压，可以用阻值较大的电压表直接接在电源正、负极两端粗略测量，其示数近似为电源电动势E。2电动势与电压的区别电动势电压物理意义不同表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领数值大小不同数值上等于将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极非静电力所做
6、的功数值上等于将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功决定因素不同由电源本身决定由电源、导体的电阻及导体的连接方式决定联系电路闭合：EU内U外；电路断开：EU外【例1】下面对电源电动势概念的认识正确的是()A电源电动势等于电源两极间的电压B在闭合电路中，电动势等于内、外电压之和C电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大D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B电源电动势在数值上等于电路开路时电源正、负极间的电压，若电路闭合时由于存在内电压，此时电源两极间的电压小于电源电动势，故A项错误；电源电动势是描
7、述电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，即在电路中通过一定电荷量时，电源提供的电能越多，电动势越大，并不是电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大，因为转化的能量除与电动势有关外，还与所经历的时间、用电情况有关，故C项错误；电动势和电势差意义不同，电势差是表示电能转化为其他形式的能的本领的物理量，故D项错误。理解电动势的三点注意(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关。(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向。(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)。1关于电源电动势，下列说法中正确的是()A同
8、一电源接入不同的电路电动势会发生改变B电源电动势就是接入电源两极间的电压表测量的电压C电源电动势表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，与是否接外电路无关D电源电动势与电势差是一回事C电动势由电源本身的性质决定，A错，C对。电动势和电压是两个不同的物理量，断路时，电源两端的电压在数值上等于电动势，故B、D错。闭合电路的理解及应用1.闭合电路的组成2闭合电路欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I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EI(Rr)EU外Ir EU外U内 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路；式普遍适用EItI2RtI2rt WW外W内
9、 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式适用于纯电阻电路；式普遍适用【例2】在如图所示的电路中，R19 ，R25 ，当a、b两点间接理想的电流表时，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I10.5 A，由闭合电路欧姆定律得：EI1(R2r)当a、b两点间接理想的电压表时，回路中的电流I2 A0.2 A由闭合电路欧姆定律得：EI2(R2R1r)联立并代入数据，解得：E3 V，r1 。答案3 V1 上例中，保持电源电动势和内电阻不变，而且R2接在a、b两端，
10、如图所示，则流过R1的电流是多大？解析R1与R2并联电阻R ，干路电流I A A，则流过电阻R1的电流I1 A A0.25 A。答案0.25 A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：若各电阻值和电动势都已知，可用闭合电路欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求解。(3)应用闭合电路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。2在如图所示的电路中，当开关S1断开、开关S2闭合时，电压表的读数为3 V；当开关S1、S2均闭合时
11、，电压表的读数为1.8 V，已知电压表为理想电压表，外接电阻为R、电源内阻为r。由以上数据可知为()ABCDD当开关S1断开、开关S2闭合时，电压表的读数等于电源的电动势，即E3 V。当开关S1、S2均闭合时，U外1.8 V，所以U内EU外1.2 V，因U外IR，U内Ir，所以RrU外U内1.81.232，故选项D正确。路端电压和负载的关系1.路端电压和外电阻的关系(1)当外电阻R增大时，根据I可知，总电流I减小，内电压Ir减小，根据U外EIr可知，路端电压U外增大。当外电路断开时，路端电压U外E。(2)当外电阻R减小时，总电流I增大，内电压Ir增大，路端电压U外减小。外电路短路即R0时，电路
12、中的电流I，U外0。2外电压U与电流I的关系由UEIr可知，UI图象是一条斜向下的直线，如图所示。(1)图象中U轴截距E表示电动势。(2)I轴截距I0等于短路电流。(3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r。注：图象的纵坐标不从零开始时，图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E，但图线与横轴的交点不表示短路电流。【例3】(多选)如图所示为某一电源的UI图线，由图可知()A电源电动势为2 VB电源内电阻为 C外电路短路时，电流为6 AD电路的路端电压为1 V时，电流为5 A思路点拨：解此题关键是理解UI图象中“截距”“斜率”的物理意义。AD由UI图线知，电源的电动势E2 V，A正确；r 0.2 ，B错
13、误；当U1 V时，I A5 A，D正确；当路端电压为零时，对应的电流才是短路电流，由UI图象知当电流为6 A时，路端电压为0.8 V，可见C错误。电阻的UI图象与电源的UI图象的区别电阻电源UI图象研究对象对某一固定电阻而言，两端电压与通过的电流成正比关系对电源进行研究，路端电压随干路电流的变化关系图象的物理意义表示导体的性质R，R不随U与I的变化而变化表示电源的性质，图线与纵轴的交点表示电源电动势，图线斜率的绝对值表示电源的内阻联系电源的电动势和内阻是不变的，正是由于外电阻R的变化才会引起外电压U外和总电流I的变化3(多选)如图为某电源的伏安特性曲线，电源的电动势用E表示，电源的内阻用r表示
14、，短路电流用I0表示，则下列选项正确的是()AE6.0 VBr12 CI00.5 AD若该电源与一阻值为18 的定值电阻相连接，则流过电源的电流为0.3 AAD因该电源的UI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E6.0 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 2 。由闭合电路欧姆定律可得，当电流I0.3 A时，外电阻Rr18 。故A、D正确。电源的功率及效率1.功率(1)电源的总功率：P总IE(普遍适用)，或是P总I2(Rr)(只适用于外电路为纯电阻的电路)。(2)电源内阻消耗的功率：P内I2r。(3)电源的输出功率：P
15、出IU外(普遍适用)，或是P出I2R(只适用于外电路为纯电阻的电路)。2输出功率随外电阻的变化规律(1)电源的输出功率：P出UI(外电路为纯电阻的电路)。(2)P出R图象：用纵轴表示输出功率，用横轴表示外电阻，建立坐标系，则P出随外电阻R变化的图象如图所示。(3)几个结论当Rr时，电源的输出功率最大，Pmax。当Rr时，随R的增大输出功率越来越小。当P出EB，rArB。图中两直线的交点坐标为(I1，U1)，由R可知，路端电压都为U1时，它们的外电阻相等。由UIr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。4如图所示，电阻R18 ，R23 ，当开关S接a点时，理想电流表示数为1 A；当开关S接b点时，理想电流表示数为2 A。求电源的电动势和内阻。解析开关S接a点时，EI1(R1r)，开关S接b点时，EI2(R2r)，代入数据：E1(8r)，E2(3r)，解得E10 V，r2 。答案10 V2