人教版高中物理必修三 （閉合電路的歐姆定律）新課件

第2節(jié)閉合電路的歐姆定律

核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究1.知道什么是電源，了解電路中靜電力和非靜電力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。2.知道電動勢的定義式。3.了解電源的內(nèi)阻。4.了解內(nèi)電路、外電路，知道電動勢與內(nèi)、外電壓的關(guān)系。5.掌握閉合電路歐姆定律并會進(jìn)行有關(guān)計算。1.通過類比的方法使學(xué)生加深對電源及電動勢概念的理解，會用電動勢的定義式進(jìn)行簡單計算。2.會用閉合電路歐姆定律分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系，培養(yǎng)邏輯思維能力。3.會從公式和圖像兩個角度分析路端電壓U與電流I的關(guān)系，培養(yǎng)用圖像法表述和分析圖像問題的能力。收集信息，了解各種型號的電源、電池，知道同一種類的電池電動勢相同，但內(nèi)阻和容量不同。知識點(diǎn)一電動勢[觀圖助學(xué)] (1)如圖甲所示，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之間用一細(xì)管連起來，則水在重力的作用下定向運(yùn)動，A、B之間的高度差很快消失。在這個過程中，水管中只有一個短暫水流。怎樣才能保持A、B之間穩(wěn)定的高度差，在A、B之間形成持續(xù)的水流呢？(2)如圖乙所示，電源在電路中的作用相當(dāng)于抽水機(jī)的作用，它能不斷地將流到負(fù)極的正電荷搬運(yùn)到正極，從而保持正、負(fù)極間有穩(wěn)定的電勢差，維持電路中有持續(xù)的電流。電源是通過什么力做功實(shí)現(xiàn)這個功能的？甲乙1.電源(1)定義：通過非靜電力做功把________________轉(zhuǎn)化為________的裝置。(2)能量轉(zhuǎn)化：在電源內(nèi)部，非靜電力做正功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為________，在電源外部，________做正功，________轉(zhuǎn)化為其他形式的能。其他形式的能電勢能電勢能靜電力電勢能2.電動勢非靜電力做功正電荷伏特非靜電力外電路(5)常用電池的電動勢1.5干電池鉛蓄電池鋰電池鋅汞電池________V________V3V或3.6V1.2V3.內(nèi)阻：電源內(nèi)部________的電阻。4.容量：電池放電時能輸出的總電荷量，其單位是：A·h或mA·h。2導(dǎo)體√×√×[觀圖助學(xué)]

手電筒中的電池用久了，雖然電動勢沒減少多少，但小燈泡卻不怎么亮了。 (1)電源電動勢幾乎不變，其內(nèi)阻變化明顯嗎？ (2)電路中電流變化明顯嗎？知識點(diǎn)二閉合電路歐姆定律及其能量分析1.閉合電路(1)閉合電路是指由電源和________及導(dǎo)線組成的完整的電路。(2)內(nèi)電路：如圖所示，____________的電路叫內(nèi)電路，________的電阻叫內(nèi)電阻。(3)外電路：____________的電路叫外電路，外電路的電阻稱為外電阻。用電器電源內(nèi)部電源電源外部2.閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化如圖所示，電路中電流為I，在時間t內(nèi)，________________等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的總和，即EIt＝________________。非靜電力做的功I2Rt＋I(xiàn)2rt3.閉合電路歐姆定律純電阻正比反比外電路[思考判斷](1)電源的電動勢等于外電路電阻兩端的電壓。(

)(2)對整個閉合電路來說，內(nèi)、外電阻串聯(lián)，它們分擔(dān)的電壓之和等于電源電動勢的大小。(

)(3)在閉合電路中，電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電壓之和，所以電動勢實(shí)質(zhì)上就是電壓。(

)×√×[觀圖助學(xué)]我們有這樣的經(jīng)驗(yàn)，傍晚是每一天用電高峰時段，萬家燈火，但是燈光較暗；而夜深人靜的時候，燈光特別亮，這是為什么？還有，在家用電器使用中，打開大功率的空調(diào)后，你會發(fā)現(xiàn)燈泡會變暗，而關(guān)掉空調(diào)后燈又會馬上亮起來，這是為什么？知識點(diǎn)三路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.路端電壓與電流的關(guān)系(1)公式：U＝________。(2)U－I圖像：如圖所示，該直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示________，斜率的絕對值表示電源的________。E－Ir電動勢內(nèi)阻2.路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律I減小增大0E路端電壓電動勢增大減小0[思考判斷](1)外電阻變化可以引起內(nèi)電壓的變化，從而引起內(nèi)電阻的變化。(

)(2)外電路的電阻越大，路端電壓就越大。(

)(3)路端電壓增大時，電源的輸出功率一定變大。(

)(4)電源斷路時，電流為零，所以路端電壓也為零。(

)(5)當(dāng)電源兩端短路時，路端電壓等于電源電動勢。(

)×√×××[觀察探究]

日常生活中我們經(jīng)常接觸到各種各樣的電源，如圖所示的干電池、手機(jī)電池，它們有的標(biāo)有“1.5V”字樣，有的標(biāo)有“3.7V”字樣。核心要點(diǎn)對電源電動勢的理解如果把1C的正電荷從1.5V干電池的負(fù)極移到正極，電荷的電勢能增加了多少？非靜電力做了多少功？如果把1C的正電荷從3.7V的手機(jī)電池的負(fù)極移到正極呢？哪個電池做功的本領(lǐng)大？答案把1C的正電荷從1.5V干電池的負(fù)極移到正極，電勢能增加了1.5J，非靜電力做功1.5J；從3.7V手機(jī)電池的負(fù)極移到正極，電勢能增加了3.7J，非靜電力做功3.7J。3.7V手機(jī)電池做功本領(lǐng)大。[試題案例][例1](多選)下列說法中正確的是(

)A.電源的電動勢實(shí)質(zhì)上就是電源兩極間的電壓B.電源的電動勢在數(shù)值上等于斷路時兩極間的電壓C.電源的電動勢與電壓的單位相同，但與電壓有本質(zhì)的區(qū)別D.電動勢越大，電源兩極間的電壓一定越大解析電動勢是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)大小的物理量。而電壓是電場中兩點(diǎn)間的電勢差，電動勢與電壓有著本質(zhì)的區(qū)別，所以選項(xiàng)A錯誤，C正確；當(dāng)電源開路時，兩極間的電壓在數(shù)值上等于電源的電動勢，但在閉合電路中，電源兩極間的電壓(路端電壓)隨外電阻的增大而增大，隨外電阻的減小而減小，當(dāng)電源短路時，R外＝0，這時路端電壓為零，所以選項(xiàng)B正確，D錯誤。答案BC[例2]將電動勢為3V的電源接入電路中，測得電源兩極間的電壓為2.4V，當(dāng)電路中有6C的電荷流過時，求： (1)有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能； (2)外電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能； (3)內(nèi)電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。解析(1)W＝Eq＝3×6J＝18J，電源中共有18J其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)W1＝U1q＝2.4×6J＝14.4J，外電路中共有14.4J的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。(3)W2＝W－W1＝3.6J，內(nèi)電路中有3.6J電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。答案(1)18J

(2)14.4J

(3)3.6J[針對訓(xùn)練1](多選)鉛蓄電池的電動勢為2V，這表示(

)A.電路中每通過1C的電荷，電源把2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能B.沒有接入電路時蓄電池兩極間的電壓為2VC.蓄電池在1s內(nèi)將2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電勢能D.蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng)比一節(jié)干電池(電動勢為1.5V)的大答案ABD[針對訓(xùn)練2]一臺發(fā)電機(jī)用0.5A的電流向外輸電，在1min內(nèi)將180J的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，則發(fā)電機(jī)的電動勢為(

) A.6V B.360V C.120V D.12V答案A[觀察探究]

如圖為閉合電路的組成。 (1)在外、內(nèi)電路中，沿著電流方向，各點(diǎn)電勢如何變化？ (2)若電源電動勢為E，電路中的電流為I，在t時間內(nèi)非靜電力做功多少？內(nèi)、外電路中產(chǎn)生的焦耳熱分別為多少？它們之間有怎樣的關(guān)系？ (3)閉合電路的電流I與電動勢E、外電阻R和內(nèi)電阻r的關(guān)系怎樣？核心要點(diǎn)閉合電路歐姆定律的理解答案(1)在外電路中沿電流方向電勢降低；在內(nèi)電路中沿電流方向電勢升高。(2)EIt

I2rt

I2Rt

EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt[探究歸納]1.內(nèi)、外電路中的電勢變化如圖所示，外電路中電流由電源正極流向負(fù)極，沿電流方向電勢降低，內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極流向正極，沿電流方向電勢升高。2.閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式表達(dá)式物理意義適用條件電流與電源電動勢成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路E＝I(R＋r)

①E＝U外＋I(xiàn)r

②E＝U外＋U內(nèi)

③電源電動勢在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和①式適用于純電阻電路；②、③式普遍適用EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt④W＝W外＋W內(nèi)⑤電源提供的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和④式適用于純電阻電路；⑤式普遍適用[試題案例][例3]在如圖所示的電路中，R1＝20.0Ω，R2＝10.0Ω，當(dāng)開關(guān)S扳到位置1時，電流表的示數(shù)為I1＝0.20A；當(dāng)開關(guān)S扳到位置2時，電流表的示數(shù)為I2＝0.30A，求電源的電動勢和內(nèi)電阻。思路點(diǎn)撥(1)當(dāng)開關(guān)S扳到位置1或位置2時，由其電流的大小能否求出路端電壓？(2)由閉合電路的規(guī)律E＝U＋I(xiàn)r可知，電動勢E和內(nèi)阻r出現(xiàn)在同一方程中，從數(shù)學(xué)的角度看如何求電源的電動勢和內(nèi)電阻？答案(1)能。根據(jù)U＝IR即可求出路端電壓。(2)列出兩個關(guān)于E和r的方程解方程組求得。此題中通過單刀雙擲開關(guān)S給出了兩個電路，分別列出兩個方程聯(lián)立求解即可。解析設(shè)電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，當(dāng)開關(guān)分別扳到1、2兩個位置時，根據(jù)閉合電路歐姆定律列出方程E＝I1R1＋I(xiàn)1r

①E＝I2R2＋I(xiàn)2r

②代入數(shù)據(jù)解之得E＝6V，r＝10Ω。答案6V

10Ω方法凝煉解決閉合電路問題的一般步驟(1)分析電路，認(rèn)清各元件的串、并聯(lián)關(guān)系，必要時畫等效電路圖，特別注意電壓表和電流表對應(yīng)的電路。(2)求總電流I：若已知內(nèi)、外電路上所有電阻的阻值和電源電動勢，可用閉合電路歐姆定律直接求出；若內(nèi)、外電路上有多個未知電阻，可利用某一部分電路的已知電阻和電壓求總電流I；當(dāng)以上方法都行不通時，可以聯(lián)立方程求出I。(3)根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流。(4)注意適用條件：外電路含有非純電阻元件時(如電動機(jī)、電解槽等)，不能直接用歐姆定律解決電流問題，可以根據(jù)串、并聯(lián)電路特點(diǎn)或能量守恒定律列式計算。[針對訓(xùn)練3]如圖所示的電路中，當(dāng)S閉合時，電壓表和電流表 (理想電表)的讀數(shù)分別為1.6V和0.4A，當(dāng)S斷開時，它們的示數(shù)變?yōu)?.7V和0.3A，則電源的電動勢和內(nèi)阻各為多少？解析當(dāng)S閉合時，R1和R2并聯(lián)接入電路，由閉合電路歐姆定律得U1＝E－I1r代入數(shù)據(jù)得E＝1.6＋0.4r①當(dāng)S斷開時，只有R1接入電路，由閉合電路歐姆定律得U2＝E－I2r代入數(shù)據(jù)得E＝1.7＋0.3r

②聯(lián)立①②得E＝2V，r＝1Ω。答案2V

1Ω[觀察探究]在如圖所示的電路中，電源的電動勢E＝10V，內(nèi)電阻r＝1Ω，試求當(dāng)外電阻分別是3Ω、4Ω、9Ω時所對應(yīng)的路端電壓.通過數(shù)據(jù)計算，你發(fā)現(xiàn)了怎樣的規(guī)律？核心要點(diǎn)路端電壓與電流、負(fù)載的關(guān)系的理解及應(yīng)用答案外電壓分別為7.5V、8V、9V。隨著外電阻的增大，路端電壓逐漸增大。[探究歸納]1.外電阻的兩類變化引起的相應(yīng)變化(1)說明：電源的電動勢等于電源沒有接入電路時的路端電壓。(2)說明：由于電源內(nèi)阻很小，所以短路時會形成很大的電流，為保護(hù)電源，絕對不能把電源兩極直接相連接。2.閉合電路的電源及電阻的U－I圖像當(dāng)電阻R接入電動勢為E的電源兩端時，電源和電阻的U－I圖像如圖所示。[試題案例][例4]電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，向可變電阻R供電，關(guān)于路端電壓，下列說法正確的是(

) A.因?yàn)殡娫措妱觿莶蛔?，所以路端電壓也不?B.因?yàn)閁＝IR，所以當(dāng)I增大時，路端電壓也增大 C.因?yàn)閁＝E－Ir，所以當(dāng)I增大時，路端電壓減小 D.若外電路斷開，則路端電壓為零解析路端電壓U＝IR＝E－Ir，因?yàn)镮增大時，R減小，所以不能用U＝IR判斷路端電壓的變化情況，根據(jù)U＝E－Ir可知，當(dāng)I增大時，路端電壓減小，所以選項(xiàng)A、B錯誤，C正確；當(dāng)外電路斷開時，路端電壓為E，選項(xiàng)D錯誤。答案C[例5]電路圖如圖甲所示，若電阻R阻值未知，電源電動勢和內(nèi)阻也未知，電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線及外電阻的U－I圖線如圖乙所示。求：(1)電源的電動勢和內(nèi)阻；(2)電源的路端電壓；(3)電源的輸出功率。思路點(diǎn)撥(1)由電源的U－I圖線可知電源電動勢和內(nèi)阻是多大？(2)圖乙中兩圖線交點(diǎn)的數(shù)據(jù)表示什么物理意義？答案電源的U－I圖線的縱坐標(biāo)截距表示電源電動勢，所以E＝4V；圖線斜率的絕對值表示電源內(nèi)阻，所以r＝1Ω。(2)表示閉合電路的路端電壓U＝3V，總電流I＝1A(2)由圖可知路端電壓是3V。(3)電源的輸出功率P＝UI＝3×1W＝3W。答案(1)4V

1Ω

(2)3V

(3)3W方法總結(jié)電阻的U－I圖像與電源的U－I圖像的區(qū)別

電阻電源U－I圖像、對某一固定電阻而言，兩端電壓與通過的電流成正比對電源進(jìn)行研究，路端電壓隨干路電流的變化規(guī)律[針對訓(xùn)練4]兩個電源的U－I圖像如圖所示，從圖像中可以看出(

) A.電池a的電動勢較大，內(nèi)電阻較大 B.電池a的電動勢較小，內(nèi)電阻較小 C.電池b的電動勢較小，內(nèi)電阻較大 D.電池b的電動勢較大，內(nèi)電阻較小

解析根據(jù)閉合電路歐姆定律知U＝E－Ir，故U－I圖像中圖像與縱軸的交點(diǎn)等于電源的電動勢，由題圖可知，a的電動勢較大，圖像斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，a的斜率的絕對值較大，故a的內(nèi)阻較大，故A正確，B、C、D錯誤。

答案A[針對訓(xùn)練5]如圖所示的圖線①表示某電池組的輸出電壓與電流的關(guān)系(U－I圖線)，圖線②表示其輸出功率與電流的關(guān)系(P－I圖線)。則下列說法正確的是(

)答案A11.4串聯(lián)電路和并聯(lián)電路

導(dǎo)體的電阻如果把兩個電阻R1.R2串聯(lián)或并聯(lián)后看成一個電阻，你認(rèn)為這個電阻跟R1、R2應(yīng)該是怎樣的關(guān)系？1.電路

串聯(lián)：把幾個導(dǎo)體元件依次首尾相連的方式

并聯(lián)：把幾個元件的一端連在一起另一端也連在一起,然后把兩端接入電路的方式一、串并聯(lián)電路的特點(diǎn)2.電流

串聯(lián)：串聯(lián)電路各處電流相等，即

I0=I1=I2=I32.電流

并聯(lián)：并聯(lián)電路總電流等于各支路的電流之和，即

I0=I1+I2+I3+…3.電壓

串聯(lián)：各點(diǎn)的電勢與各點(diǎn)之間的電勢差有什么關(guān)系?U01=φ0－φ1U12=φ1－φ2U23=φ2－φ3U03=φ0－φ3U03=U01+U12+U23串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各部分電路電壓之和3.電壓

并聯(lián)：比較0、1、2、3點(diǎn)的電勢關(guān)系?U=U1=U2=U3并聯(lián)電路的總電壓與各支路的電壓相等φ0=φ1=φ2=φ3比較4、5、6點(diǎn)的電勢關(guān)系?φ4=φ5=φ6串聯(lián)電路的總電阻等于各部分電路電阻之和并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)之和兩個電阻并聯(lián)的總電阻的表達(dá)式：串、并聯(lián)電路總電阻的比較小結(jié)1.串聯(lián)電路串聯(lián)電路中每一個電阻都要分擔(dān)一部分電壓，電阻越大，分擔(dān)的電壓就越多，這就是串聯(lián)電路的分壓作用。2.并聯(lián)電路

并聯(lián)支路中每一條支路上的電阻都要分擔(dān)總電流的一部分，支路電阻越小，它分擔(dān)的電流就越大，這就是并聯(lián)電路的分流作用。改裝小量程電流表（表頭）1.小量程電流表（表頭）①作用：測量電路中的電流②原理：磁場對通電導(dǎo)線的作用④內(nèi)阻Rg：表頭本身的電阻(Rg=2020Ω)⑥滿偏電流Ig（100μA）

滿偏電壓Ug（Ug=Ig×Rg=0.202mV）③電路圖符號：⑤也可以測電壓2.把表頭