教科版高中物理選修3-1第2章第4節(jié)電源的電動勢和內(nèi)阻-閉合電路歐姆定律.ppt課件

1、KR閉合電鍵閉合電鍵K，燈泡亮嗎？為什么？，燈泡亮嗎？為什么？問題：問題：2.4 2.4 電源的電動勢和內(nèi)阻電源的電動勢和內(nèi)阻 閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律正極正極負(fù)極負(fù)極電源電源-1 1、在導(dǎo)線中，電場方向、在導(dǎo)線中，電場方向是怎樣的？是怎樣的？2 2、自在電荷在導(dǎo)線中如、自在電荷在導(dǎo)線中如何挪動？電流方向是怎樣何挪動？電流方向是怎樣的？的？3 3、在電源內(nèi)部電場是怎樣的？電源內(nèi)部的電流方向、在電源內(nèi)部電場是怎樣的？電源內(nèi)部的電流方向如何？電源內(nèi)部電荷怎樣挪動如何？電源內(nèi)部電荷怎樣挪動? ?4 4、電源把正、負(fù)電荷對應(yīng)從電源的負(fù)極、正極搬到、電源把正、負(fù)電荷對應(yīng)從電源的負(fù)極、正極搬到正極

2、和負(fù)極，電場力做正功還是負(fù)功？正極和負(fù)極，電場力做正功還是負(fù)功？5 5、什么力來抑制電場力做功？從能量的角度看，電、什么力來抑制電場力做功？從能量的角度看，電源的作用是什么？源的作用是什么？問題探求：問題探求：+一、電源電動勢一、電源電動勢 電源是一種把其它方式能轉(zhuǎn)化為電能電源是一種把其它方式能轉(zhuǎn)化為電能的安裝的安裝 電源在電路中的作用：將其它方式的電源在電路中的作用：將其它方式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；?jiān)持導(dǎo)體兩端有繼續(xù)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；?jiān)持導(dǎo)體兩端有繼續(xù)的電壓。的電壓。 一、電路和電阻的認(rèn)識一、電路和電阻的認(rèn)識 外電路：電源外部的電路，包括外電路：電源外部的電路，包括用電器、導(dǎo)線等。用電器、導(dǎo)線等。 外

3、電阻：外電路的總電阻外電阻：外電路的總電阻內(nèi)電阻：內(nèi)電路的電阻內(nèi)電阻：內(nèi)電路的電阻通常稱為電源的內(nèi)阻通常稱為電源的內(nèi)阻. . 內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路內(nèi)電路：電源內(nèi)部的電路. . 1.1.電源將其他方式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的特電源將其他方式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的特性可以用電動勢符號：性可以用電動勢符號：E E來表示，它來表示，它等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電壓。等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電壓。二、電源電動勢二、電源電動勢2.2.物理意義：反映電源把其他方式的能物理意義：反映電源把其他方式的能轉(zhuǎn)化為電能身手的大小。轉(zhuǎn)化為電能身手的大小。伏特伏特V V 1V=1J/C 1V=1J/C4 4、單位：、單位：

4、6 6、電動勢標(biāo)量、電動勢標(biāo)量5 5、特點(diǎn)：電動勢由電源本身決議，跟電、特點(diǎn)：電動勢由電源本身決議，跟電源的體積、外形無關(guān)，與能否聯(lián)入電路源的體積、外形無關(guān)，與能否聯(lián)入電路及外電路的情況無關(guān)。及外電路的情況無關(guān)。3 3、大?。簲?shù)值上等于非靜電力把、大?。簲?shù)值上等于非靜電力把1C1C的的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極移送到正極所正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極移送到正極所做的功。做的功。問題問題1：電動勢是：電動勢是1.5V的物理意義是什么？的物理意義是什么？7、電動勢與電勢差的區(qū)別：、電動勢與電勢差的區(qū)別：(1)電動勢：電動勢：W非靜電表示正電荷從負(fù)極移到正極所耗非靜電表示正電荷從負(fù)極移到正極所耗費(fèi)的化學(xué)能或其

5、它方式能，費(fèi)的化學(xué)能或其它方式能， E表示挪動單位正電表示挪動單位正電荷耗費(fèi)化學(xué)能或其它方式能。反映電源把其它方荷耗費(fèi)化學(xué)能或其它方式能。反映電源把其它方式能轉(zhuǎn)化為電能的身手。式能轉(zhuǎn)化為電能的身手。 電勢差：電勢差：W表示正電荷在電場力作用下從一點(diǎn)移到另表示正電荷在電場力作用下從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所耗費(fèi)的電場能，電勢差表示挪動單位正電荷耗一點(diǎn)所耗費(fèi)的電場能，電勢差表示挪動單位正電荷耗費(fèi)的電能。反映把電能轉(zhuǎn)化為其它方式能的身手。費(fèi)的電能。反映把電能轉(zhuǎn)化為其它方式能的身手。(2)電動勢表征電源的性質(zhì)，電勢差表征電場的性質(zhì)。電動勢表征電源的性質(zhì)，電勢差表征電場的性質(zhì)。生活中的電池生活中的電池太陽電池太陽

6、電池干電池干電池鉛蓄電池鉛蓄電池鋰電池鋰電池鋅汞電池鋅汞電池1、定義：電源內(nèi)部也是一段電路，也有電阻，稱為電源的內(nèi)電阻，簡稱內(nèi)阻。用符號 r表示。2、闡明：電源內(nèi)部也有電壓，叫內(nèi)電壓。二、電源的內(nèi)阻二、電源的內(nèi)阻三、閉合電路的歐姆定律三、閉合電路的歐姆定律1、內(nèi)電壓：電流流過內(nèi)電阻、內(nèi)電壓：電流流過內(nèi)電阻r，產(chǎn)生的電勢降落，產(chǎn)生的電勢降落Ir等于內(nèi)等于內(nèi)電阻電阻r兩端的電壓，因此也把兩端的電壓，因此也把Ir稱為電池的內(nèi)電壓稱為電池的內(nèi)電壓U，即，即U=Ir。2、路端電壓：在電源外部，電流由電源正極、路端電壓：在電源外部，電流由電源正極流向負(fù)極，在外電路上也有電勢降落流向負(fù)極，在外電路上也有電勢

7、降落IR，習(xí)，習(xí)慣上把他稱為路端電壓或外電壓慣上把他稱為路端電壓或外電壓U,即即U=IR。三、閉合電路的歐姆定律三、閉合電路的歐姆定律3、路端電壓路端電壓 U=E-IrEIRr閉合電路歐姆定律：在外電路為純電阻的閉閉合電路歐姆定律：在外電路為純電阻的閉合電路中，電流的大小跟電源的電動勢成正合電路中，電流的大小跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。4、適用條件：外電路是純電阻電路。、適用條件：外電路是純電阻電路。 E=U+U=U+Ir5、歐姆定律對閉合電路的分析：、歐姆定律對閉合電路的分析：R R增大，增大，R R減小，減小，E rsRAV電流減小

8、，電流減小， 路端電壓增大路端電壓增大電流增大，電流增大，路端電壓減小路端電壓減小三、閉合電路的歐姆定律三、閉合電路的歐姆定律U=E-IrEIRr如下圖：如下圖：兩個(gè)特例：兩個(gè)特例：(2)外電路短路時(shí)外電路短路時(shí)0/0RIE rU0端，0RIE 端，U(1)外電路斷路時(shí)外電路斷路時(shí)E rAVE rAV三、閉合電路的歐姆定律三、閉合電路的歐姆定律6、路端電壓、路端電壓U隨電流隨電流I變化的圖象變化的圖象(1)圖象的函數(shù)表達(dá)：圖象的函數(shù)表達(dá)： EUUUEIr外內(nèi)三、閉合電路的歐姆定律三、閉合電路的歐姆定律rEI/短在橫軸上的截距表示電源在橫軸上的截距表示電源的短路電流的短路電流圖象斜率的絕對值表示

9、電源的內(nèi)阻，內(nèi)阻越圖象斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，內(nèi)阻越大，圖線傾斜得越厲害大，圖線傾斜得越厲害在縱軸上的截距表示電源的在縱軸上的截距表示電源的電動勢電動勢E E (2)圖象的物理意義圖象的物理意義斷路斷路短路短路UIOEI短短三、閉合電路的歐姆定律三、閉合電路的歐姆定律7、閉合電路的動態(tài)變化分析、閉合電路的動態(tài)變化分析全電路的動態(tài)分析的詳細(xì)步驟全電路的動態(tài)分析的詳細(xì)步驟:(1)判別動態(tài)部分電阻、判別動態(tài)部分電阻、 全電路總電阻的變化全電路總電阻的變化.(2)判別閉合電路總電流的變化判別閉合電路總電流的變化.(3)根據(jù)根據(jù)U=E-Ir,判別路端電壓的變化判別路端電壓的變化.(4)根據(jù)分壓、分流

10、原理判別動態(tài)部分的物理量根據(jù)分壓、分流原理判別動態(tài)部分的物理量的變化的變化.三、閉合電路的歐姆定律三、閉合電路的歐姆定律例例1 1、 如下圖電路，電源電動勢為如下圖電路，電源電動勢為1.5V1.5V，內(nèi)阻為，內(nèi)阻為0.12 0.12 ，外電路的電阻為，外電路的電阻為1.38 1.38 ，求電路中的電流，求電路中的電流和路端電壓。和路端電壓。解：由題意知，電動勢解：由題意知，電動勢E=1.5 VE=1.5 V，外電阻外電阻R=1.38 R=1.38 ，內(nèi)阻，內(nèi)阻r=0.12 .r=0.12 .由閉合電路歐姆定律得：由閉合電路歐姆定律得： AArREI112.038.15.1路端電壓為路端電壓為U

11、 = IR=1U = IR=11.38 V1.38 V =1.38 V =1.38 V 內(nèi)出總內(nèi)內(nèi)出總?cè)齻€(gè)功率關(guān)系：內(nèi)電阻功率：外電路功率：電源總功率：PPP)(IUIP)()(EUIP)(EIP)(222drcrRRba 電源的輸出功率隨外電阻變化的討論電源的輸出功率隨外電阻變化的討論電源的總功率電源的總功率P P總總=IE=IE內(nèi)耗功率：內(nèi)耗功率：P P內(nèi)內(nèi)=I2r=I2r輸出功率：輸出功率：P P出出=P- P=P- P內(nèi)內(nèi)=IE- I2r=I U=IE- I2r=I U外外= I2 R= I2 R外外當(dāng)外電阻為純電阻電路時(shí)當(dāng)外電阻為純電阻電路時(shí)當(dāng)當(dāng)R R外外=r=r時(shí)時(shí),P,P出最大，

12、且最大值出最大，且最大值為為P出出m=E24r(R外外+r)2=E2+4r(R外外-r)2R外外P出出=I2R外外=E2R外外由圖可知由圖可知: :同一功率對同一功率對應(yīng)著兩個(gè)電阻值應(yīng)著兩個(gè)電阻值, ,兩個(gè)兩個(gè)電阻值之間有何關(guān)系呢電阻值之間有何關(guān)系呢? ? 例例2 2：知如圖，：知如圖，E=6VE=6V，r=4r=4，R1=2R1=2，R2R2的變的變化范圍是化范圍是0 01010。求：。求： 電源的最大輸出功率；電源的最大輸出功率； R1R1上耗費(fèi)的最大功率；上耗費(fèi)的最大功率； R2R2上耗費(fèi)的最大功率。上耗費(fèi)的最大功率。 E rR2R1 2.25W 2.25W； 2W 2W； 1.5W 1

13、.5W。R1R2A12ErSR1R212ErSV V例例4 4：如下圖，圖線：如下圖，圖線a a是某一蓄電池組的伏安特是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線性曲線，圖線b b是一只某種型號的定值電阻的伏安特是一只某種型號的定值電阻的伏安特性曲線假設(shè)知該蓄電池組的內(nèi)阻為性曲線假設(shè)知該蓄電池組的內(nèi)阻為2.02.0，那么這只，那么這只定值電阻的阻值為定值電阻的阻值為_。現(xiàn)有?，F(xiàn)有4 4只這種規(guī)格的定只這種規(guī)格的定值電阻，可恣意選取其中的假設(shè)干只進(jìn)展組合，作為值電阻，可恣意選取其中的假設(shè)干只進(jìn)展組合，作為該蓄電池組的外電路，那么所組成的這些外電路中，該蓄電池組的外電路，那么所組成的這些外電路中，輸出功率最

14、大時(shí)是輸出功率最大時(shí)是_W_W。 U/V I/Ao2015105ab解：由圖象可知蓄電池的解：由圖象可知蓄電池的電動勢為電動勢為20V20V。 由斜率關(guān)系知外電阻阻值由斜率關(guān)系知外電阻阻值為為66。 用用3 3只這種電阻并聯(lián)作為外只這種電阻并聯(lián)作為外電阻，外電阻等于電阻，外電阻等于22，因，因此輸出功率最大為此輸出功率最大為50W50W。 閉合電路中變量分析閉合電路中變量分析(1)(1)堅(jiān)持不變的量只需電源的電動勢和內(nèi)電堅(jiān)持不變的量只需電源的電動勢和內(nèi)電阻，電流、外電壓、電功率等都隨外電阻的阻，電流、外電壓、電功率等都隨外電阻的改動而改動。改動而改動。(2)I(2)I、U U、P P公式：公式

15、： 電流：電流：I=E/(RI=E/(R外外+r)+r) 內(nèi)電壓：內(nèi)電壓：U U內(nèi)內(nèi)Ir=Er/(RIr=Er/(R外外+r)+r) 外電壓：外電壓：U U外外IRIR外外E-IrE-Ir 總功率：總功率：P P總總IEIE例例5 5：如下圖，電源電動勢為：如下圖，電源電動勢為E E，內(nèi)電阻為，內(nèi)電阻為r r當(dāng)滑動變阻器的觸片當(dāng)滑動變阻器的觸片P P從右端滑到左端時(shí)，發(fā)現(xiàn)從右端滑到左端時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表電壓表V1V1、V2V2示數(shù)變化的絕對值分別為示數(shù)變化的絕對值分別為U1U1和和U2U2，以下說法中正確的選項(xiàng)是以下說法中正確的選項(xiàng)是 A A、小燈泡、小燈泡L1L1、L3L3變暗，變暗，L2L2變

16、亮變亮B B、小燈泡、小燈泡L3L3變暗，變暗，L1L1、L2L2變亮變亮C C、U1U2 DU1U2 U1U2 V2V1L1L2L3PV2V1L1L2L3P解：滑動變阻器的觸片解：滑動變阻器的觸片P P從右從右端滑到左端，總電阻減小，總端滑到左端，總電阻減小，總電流增大，路端電壓減小。電流增大，路端電壓減小。 與電阻串聯(lián)的燈泡與電阻串聯(lián)的燈泡L1L1、L2L2電流增大，變亮，與電阻并電流增大，變亮，與電阻并聯(lián)的燈泡聯(lián)的燈泡L3L3電壓降低，變暗。電壓降低，變暗。 U1U1減小，減小，U2U2增大，而路端電壓增大，而路端電壓U= U1+ U2U= U1+ U2減小，減小，所以所以U1U1的變化

17、量大于的變化量大于 U2 U2的變化量。的變化量。 B、D 閉合電路的閉合電路的U-IU-I圖象圖象 Uo IEU0 MI0,U0b aNI0 Im1 1右圖中右圖中a a為閉合電路的為閉合電路的U-IU-I圖象圖象b b為部分電路為部分電路( (外電阻外電阻) )的的U-IU-I圖象。圖象。2 2兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)的路端電壓與電流。接入電路時(shí)的路端電壓與電流。 3 3a a的斜率的絕對值表示電源內(nèi)的斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻的大小、阻的大小、b b的斜率的絕對值表的斜率的絕對值表示接入電路中外電阻的的大小。示接入電路中外電阻的的大小。 4 4圖中虛線矩形的面積表示接入該電阻時(shí)的輸出圖中虛線矩形的面積表示接入該電阻時(shí)的輸出功率。功率。 當(dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí)即內(nèi)、外電阻相等圖中矩當(dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí)即內(nèi)、外電阻相等圖中矩形面積最大，即輸出功率最大！形面積最大，即輸出功率最大！ 小小 結(jié)結(jié)、電動勢是表征電源把其他方式的能量轉(zhuǎn)化為、電動勢是表征電源把其他方式的能量轉(zhuǎn)化為電能身手大小的物理量。電能