第2節(jié)　閉合電路的歐姆定律

第2節(jié)閉合電路的歐姆定律核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道電源是通過非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置，知道電動勢的定義式。(2)理解閉合電路的歐姆定律。(3)知道歐姆表測量電阻的原理?？茖W(xué)思維經(jīng)歷閉合電路的歐姆定律的理論推導(dǎo)過程，理解內(nèi)、外電路的能量轉(zhuǎn)化，體驗(yàn)?zāi)芰渴睾愣稍陔娐分械木唧w應(yīng)用?？茖W(xué)探究(1)通過探究電源兩端電壓與電流的關(guān)系，體會圖像法在研究物理問題中的作用。(2)能根據(jù)閉合電路的歐姆定律解釋路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解電源短路可能會帶來的危害，加強(qiáng)安全用電意識。一、電動勢1．閉合電路：由導(dǎo)線、電源和______連成的電路。______和導(dǎo)線組成外電路，電源內(nèi)部是內(nèi)電路。2．非靜電力：在電源內(nèi)部把正電荷從____搬運(yùn)到_____的力。3．電源：通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為_______的裝置。4．電動勢(1)定義：非靜電力所做的功與所移動的_______之比。用電器用電器負(fù)極正極電勢能電荷量電動勢反映電源通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能本領(lǐng)大小的物理量，由電源本身決定。

無關(guān)正比反比降低內(nèi)電路4．閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化情況電源的非靜電力做功：W＝Eq＝EIt。在外電路中電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：Q外＝I2Rt。電流通過內(nèi)阻r時(shí)，在內(nèi)電路中電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：Q內(nèi)＝I2rt。由能量守恒定律得：W＝Q外＋Q內(nèi)。即：EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt，E＝IR＋I(xiàn)r。正比反比用電器降落E－Ir1.(1)有同學(xué)認(rèn)為，電源電動勢的大小與內(nèi)、外電路都有關(guān)系，因此在不同的電路中，電源的電動勢不同。這種說法正確嗎？提示：不正確，電源的電動勢由電源中非靜電力的特性決定，與外電路無關(guān)。(2)電源中非靜電力的作用是什么？提示：在電源中，非靜電力做功，把一定數(shù)量的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極搬運(yùn)到正極，使電荷的電勢能增加，從而把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能。2．如圖為閉合電路中的電勢變化情況的示意圖，試說明哪部分是外電路、內(nèi)電路，電勢是如何變化的？電源電動勢為多大？提示：從A直接到B為外電路，電勢逐漸降低；從B到C到A為內(nèi)電路，在內(nèi)電路中，一方面，存在內(nèi)阻，沿電流方向電勢也降低；另一方面，沿電流方向存在電勢“躍升”——BC

和DA化學(xué)反應(yīng)層；電源電動勢為BC＋DA。3．如圖所示，為一閉合電路，請對以下結(jié)論作出判斷。(1)在閉合電路中沿著電流的方向電勢一定降低。

()(2)閉合電路中電流與內(nèi)、外電路電阻之和成反比。

()(3)外電路短路時(shí)，電路中的電流無窮大。

(

)(4)電源斷路時(shí)，電流為零，路端電壓也為零。

(

)×√××新知學(xué)習(xí)(一)|對電動勢的理解[任務(wù)驅(qū)動]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。標(biāo)有“1.5V”的干電池標(biāo)有“3.7V”的手機(jī)電池如果把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手機(jī)電池的負(fù)極移到正極呢？哪個(gè)電池做功的本領(lǐng)大？提示：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)電池做功的本領(lǐng)大。

[重點(diǎn)釋解]1．靜電力和非靜電力(1)靜電力是帶電體之間通過電場相互作用的力，非靜電力是指除靜電力外能對電荷移動起作用的力。(2)非靜電力的來源①在化學(xué)電池(干電池、蓄電池)中，非靜電力是化學(xué)作用，它使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢能。②在發(fā)電機(jī)中，非靜電力是電磁作用，它使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電勢能。2．靜電力與非靜電力做功的比較(1)非靜電力只存在于電源內(nèi)部，因此非靜電力只在電源內(nèi)部對電荷做功。通過非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)靜電力存在于整個(gè)閉合電路上，所以在電路中任何部位靜電力都要做功。靜電力做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。[針對訓(xùn)練]1．(2022·湖南長郡中學(xué)期末)電源電動勢反映了電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的能力，因此

(

)A．電動勢是一種非靜電力B．電動勢越大，表明電源儲存的電能越多C．電動勢一定等于閉合電路中電源兩端的電壓D．電動勢的大小是非靜電力做功本領(lǐng)的反映解析：電動勢是反映電源通過非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能本領(lǐng)的物理量，電動勢不是一種非靜電力，電動勢越大說明這種轉(zhuǎn)化本領(lǐng)越強(qiáng)，但不能說明儲存的電能越多，A、B錯誤，D正確；閉合電路中電源電動勢大小等于內(nèi)、外電壓之和，或者等于開路電壓，電源有內(nèi)阻，所以閉合電路中電源兩端的電壓小于電動勢，故C錯誤。答案：D2．電源電動勢的大小反映的是

(

)A．1C電荷量通過電源時(shí)，有多少焦耳的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能B．1C電荷量通過電源時(shí)，有多少焦耳的其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能C．電源單位時(shí)間內(nèi)傳送電荷量的多少D．電流做功的快慢解析：電源電動勢的物理意義表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。電動勢越大，電路中每通過1C的電荷量時(shí)，電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的數(shù)值就越多，故電動勢的大小反映的是1C電荷量通過電源時(shí)，有多少焦耳的其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，故A、C、D錯誤，B正確。答案：B新知學(xué)習(xí)(二)|閉合電路的歐姆定律[重點(diǎn)釋解]1．閉合電路的歐姆定律的表達(dá)式提醒：閉合電路的歐姆定律的常用表達(dá)式較多，但是本質(zhì)是相同的，應(yīng)注意它們之間的聯(lián)系。(2)路端電壓與電流的關(guān)系①公式：U＝E－Ir。②電源的U-I圖像：如圖所示是一條傾斜的直線。結(jié)合公式可知，圖像中U軸截距表示電源電動勢E，I軸截距I0等于短路電流，斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻r。[典例體驗(yàn)][典例]如圖所示的電路中，電源電動勢E＝1.5V，內(nèi)阻r＝0.6Ω，電阻R1＝3Ω，電阻R2＝4Ω，電阻R3＝6Ω。電壓表為理想電表，閉合開關(guān)S，求：(1)通過電源的電流大?。?2)電源的內(nèi)電壓和電壓表的示數(shù)。[答案]

(1)0.25A

(2)0.15V

0.6V/方法技巧/使用閉合電路的歐姆定律解決問題的一般步驟(1)分析電路結(jié)構(gòu)、電表位置，畫出等效電路圖(不要漏掉內(nèi)電阻)。(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，可用閉合電路的歐姆定律直接求出，若內(nèi)、外電路上有多個(gè)未知電阻，可利用某一部分電路的已知電流和電壓求總電流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。

[針對訓(xùn)練]1.如圖所示是某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，下面結(jié)論正確的是

(

)A．電源的電動勢為6.0VB．電源的內(nèi)阻為12ΩC．電源的短路電流為0.5AD．電流為0.3A時(shí)外電阻是1.8Ω答案：A2.如圖所示的電路中，當(dāng)開關(guān)S接a點(diǎn)時(shí)，標(biāo)有“4V，8W”的小燈泡L正常發(fā)光，當(dāng)開關(guān)S接b點(diǎn)時(shí)，通過電阻R的電流為1A，這時(shí)電阻R兩端的電壓為5V。求：(1)電阻R的阻值；(2)電源的電動勢和內(nèi)阻。答案：(1)5Ω

(2)6V

1Ω(4)當(dāng)P出<Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1和R2，且R1R2＝r2(可轉(zhuǎn)化為關(guān)于R的一元二次方程，利用根與系數(shù)的關(guān)系得出)。(5)P出與R的關(guān)系如圖所示。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)如圖甲所示，電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與R＝8Ω的定值電阻、滑動變阻器RP、開關(guān)S串聯(lián)組成回路，已知滑動變阻器消耗的功率P與其接入電路的有效阻值RP的關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是

(

)[答案]

BD/方法技巧/功率最大值的求解方法(1)流過電源的電流最大時(shí)，電源的功率、內(nèi)損耗功率均最大。(2)對某定值電阻來說，其電流最大時(shí)功率也最大。(3)電源的輸出功率在外電阻等于內(nèi)阻時(shí)最大，若不能相等，外電阻越接近內(nèi)阻時(shí)，電源的輸出功率越大。(4)對于外電路中部分不變電阻來說，可以寫出其功率表達(dá)式，利用數(shù)學(xué)知識求其極值。

[針對訓(xùn)練]1．(2022·江蘇南通期末)如圖所示的U-I圖像中，直線表示某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，曲線表示某電阻R的電壓與電流的關(guān)系圖線，虛線為交點(diǎn)處曲線的切線?，F(xiàn)把該電源和電阻R連接成閉合電路，則下列關(guān)于電源的內(nèi)阻r、電阻R、電源的輸出功率P及電源的效率η計(jì)算正確的是

(

)A．r＝3Ω

B．R＝6ΩC．P＝9W D．η＝50%答案：D2.如圖所示，電源的電動勢是6V，內(nèi)電阻是0.5Ω，電動機(jī)M的線圈電阻為0.5Ω，定值電阻R0為3Ω，若電壓表的示數(shù)為3V，試求：(1)電源的總功率和電源的輸出功率；(2)電動機(jī)消耗的功率和電動機(jī)輸出的機(jī)械功率。(2)電源的輸出功率為電動機(jī)和定值電阻獲得功率之和，即P輸出＝PM＋P0，故PM＝P輸出－P0＝P輸出－I2R0＝5.5W－12×3W＝2.5W，由PM＝P機(jī)＋PMr得P機(jī)＝PM－PMr＝PM－I2r機(jī)＝2.5W－12×0.5W＝2W。答案：(1)6W

5.5W

(2)2.5W

2W一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——閉合電路的歐姆定律的應(yīng)用1．(選自魯科版教材課后練習(xí))如圖是一個(gè)簡易風(fēng)速測量儀的示意圖，絕緣彈簧的一端固定，另一端與導(dǎo)電的迎風(fēng)板相連，彈簧套在水平放置的電阻率較大的均勻金屬細(xì)桿上。迎風(fēng)板與金屬桿接觸良好，并能在金屬桿上自由滑動。電路的一端與迎風(fēng)板相連，另一端與金屬桿相連。已知彈簧的勁度系數(shù)k＝1300N/m，電阻R＝1.0Ω，電源的電動勢E＝12V，內(nèi)阻r＝0.5Ω。閉合開關(guān)，沒有風(fēng)吹時(shí)，彈簧處于原長l0＝0.5m，電壓傳感器的示數(shù)U1＝3.0V。若不計(jì)摩擦和迎風(fēng)板的電阻，求：(1)金屬桿單位長度的電阻R0；(2)當(dāng)電壓傳感器的示數(shù)為U2＝2.0V時(shí)，作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力F。解析：(1)電阻R與金屬細(xì)桿串聯(lián)連接由E＝I(R0l0＋R＋r)，U1＝IR0l0可求得R0＝1Ω。(2)設(shè)此時(shí)彈簧長度為lE＝I2(R0l＋R＋r)，U2＝I2R0lF＝k(l0－l)可解得：F＝260N，方向垂直于迎風(fēng)板向里。答案：(1)1Ω

(2)260N方向垂直于迎風(fēng)板向里

科學(xué)探究——電池的電動勢和內(nèi)阻2．(選自粵教版教材“討論與交流”)(1)如圖1所示，用果汁電池接上一小燈泡時(shí)，燈泡不亮，而用牛奶電池接同一小燈泡時(shí)，燈泡卻亮了。果汁電池的電動勢較大，但能使燈泡發(fā)光的卻是牛奶電池，這是為什么呢？(2)如圖2所示，測得果汁電池的電動勢約為0.96V。加入稀硫酸后再測得其電動勢約為0.98V。接入小燈泡，發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光了。為什么加了稀硫酸的果汁電池能使小燈泡發(fā)光呢？提示：(1)果汁電池的電動勢較大，但其內(nèi)阻大，接上小燈泡后，電池的路端電壓較小，小燈泡不亮。(2)果汁電池加了稀硫酸后電動勢增大，內(nèi)阻變小，接入小燈泡后小燈泡發(fā)光。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．某數(shù)碼相機(jī)的鋰電池電動勢為7.2V，容量為875mA·h，能連續(xù)拍攝約315張照片。根據(jù)以上信息估算每拍攝一張照片消耗的電能最接近以下哪個(gè)數(shù)值(