2021-2022學(xué)年新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律2閉合電路的歐姆定律課件新人教版必修第三

2.閉合電路的歐姆定律一、電動(dòng)勢:1.定義:電動(dòng)勢在數(shù)值上等于_________把____的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功,即非靜電力所做的功W非與移送________的比值,用E表示,E=

。

2.物理意義:反映電源_____________本領(lǐng)大小的物理量。3.單位:與電勢、電勢差的單位_____,為______。4.標(biāo)量:規(guī)定電動(dòng)勢的方向?yàn)殡娫磧?nèi)部_____的方向,即在電源內(nèi)部由電源___極指向___極。課前自主學(xué)習(xí)非靜電力1C電荷量q非靜電力做功相同伏特V電流負(fù)正二、閉合電路歐姆定律及其能量分析1.內(nèi)、外電路:(1)概念:內(nèi)電路是電源_____電路,外電路是電源_____電路。(2)特點(diǎn):外電路中電流由電源___極流向___極,沿電流方向電勢_____;內(nèi)電路中電流由電源___極流向___極,沿電流方向電勢_____。內(nèi)部外部正負(fù)降低負(fù)正升高2.閉合電路的歐姆定律:(1)內(nèi)容:閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢成_____,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成_____。(2)公式:I=①或E=IR+Ir②或E=U內(nèi)+U外③。(3)適用條件:①、②適用于外電路為_______電路,③適用于一切電路。正比反比純電阻三、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1.路端電壓的表達(dá)式:U=_____。2.路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律:(1)當(dāng)外電阻R增大時(shí),電流I減小,路端電壓_____。(2)當(dāng)外電阻R減小時(shí),電流I增大,路端電壓_____。(3)兩個(gè)特例:外電路斷開時(shí),R→∞,I=__,U=__,據(jù)此特點(diǎn)可測電源電動(dòng)勢。外電路短路時(shí),R=0,I=,U=__,據(jù)此特點(diǎn)可以理解不允許將電源兩端用導(dǎo)線直接連接的原因。E-Ir增大減小0E03.路端電壓U與電流I的關(guān)系:由U=E-Ir可知,U-I圖像是一條斜向下的直線,如圖所示。(1)圖像中U軸截距E表示電源的_______。(2)I軸截距I0等于_________。(3)圖線斜率的絕對值表示電源的_____,即__=

。電動(dòng)勢短路電流內(nèi)阻r主題一電動(dòng)勢任務(wù)1電動(dòng)勢的理解【生活情境】小朋友在玩游戲時(shí),如圖所示,將小球從地面搬至滑梯上面,再讓小球從滑梯上滑至地面。為了保持總有小球從滑梯上滑下,小朋友必須不斷地將小球從地面搬至滑梯上。小朋友對小球做功,使小球重力勢能增加。課堂合作探究【問題探究】(1)小球沿滑梯滾下的過程,可以類比電源在閉合電路中的哪一個(gè)過程?提示:可以類比為在外電路電場力做正功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程。(2)小朋友不斷將小球從地面搬到滑梯上的過程,可以類比為電源在閉合電路中的哪一過程?提示:可以類比為在電源內(nèi)部非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程。任務(wù)2非靜電力做功【實(shí)驗(yàn)情境】日常生活中我們經(jīng)常接觸到各種各樣的電源,如圖所示的各種電池,它們有的標(biāo)有“1.5V”字樣,有的標(biāo)有“3.7V”字樣?！締栴}探究】(1)如果把1C的正電荷分別從1.5V和3.7V的干電池的負(fù)極移到正極,非靜電力分別做了多少功?提示:根據(jù)電動(dòng)勢表達(dá)式E=可知W非=qE,所以非靜電力分別做了1.5J和3.7J的功。(2)兩次電勢能增加多少?提示:根據(jù)功能關(guān)系知兩次電勢能分別增加了1.5J和3.7J。(3)哪個(gè)電池做功本領(lǐng)大?提示:根據(jù)電動(dòng)勢的物理意義知3.7V的干電池做功本領(lǐng)大?！窘Y(jié)論生成】1.E=

是電動(dòng)勢的定義式而不是決定式,E的大小與W和q無關(guān),是由電源自身的性質(zhì)決定的。電動(dòng)勢不同,表示電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同。2.電動(dòng)勢與電勢差的區(qū)別與聯(lián)系:(1)區(qū)別:電勢差U=

反映電場力做功,將電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能;而電動(dòng)勢E=

反映非靜電力做功,將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。能的轉(zhuǎn)化方向不同。(2)聯(lián)系:電動(dòng)勢等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電勢差?！镜淅痉丁?多選)關(guān)于電動(dòng)勢E的說法中正確的是 (

)A.電動(dòng)勢E的大小,與非靜電力所做的功W的大小成正比,與移送電荷量q的大小成反比B.電動(dòng)勢E是由電源本身決定的,跟電源的體積和外電路均無關(guān)C.電動(dòng)勢E是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)強(qiáng)弱的物理量D.電動(dòng)勢E的單位與電勢差的單位相同,故兩者在本質(zhì)上相同【解析】選B、C。電動(dòng)勢是一個(gè)用比值定義的物理量,這個(gè)物理量與這兩個(gè)相比的項(xiàng)沒有關(guān)系,它是由電源本身決定的,是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)強(qiáng)弱的物理量。電動(dòng)勢和電勢差盡管單位相同,但本質(zhì)上是不相同的,故選B、C?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.(多選)在新冠肺炎疫情出現(xiàn)后,全國上下紛紛參與到了這場沒有硝煙的“戰(zhàn)爭”中。某廠家生產(chǎn)的醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀緊急發(fā)往疫區(qū)醫(yī)院,其配套的電池如圖所示,某同學(xué)根據(jù)電池上的標(biāo)識(shí),所做判斷正確的是 (

)A.電源接入電路時(shí)兩極間的電壓為12VB.電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓為12VC.該電池充電一次可以提供的最大電能為2.76×104JD.該電池充電一次可以提供的最大電能為9.936×104J【解析】選B、D。該電池的電動(dòng)勢為12V,即電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓為12V,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;該電池充電一次可以提供的最大電能為E電=EIt=12V×2.3A·h=12V×2.3A×3600s=9.936×104J,選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確。2.由六節(jié)干電池(每節(jié)的電動(dòng)勢為1.5V)串聯(lián)組成的電池組,對一電阻供電。電路中的電流為2A,在10s內(nèi)電源做功為180J,則電池組的電動(dòng)勢為多少?從計(jì)算結(jié)果中你能得到什么啟示?【解析】由E=及q=It得E=9V=1.5×6V,故可得出串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢等于各干電池的電動(dòng)勢之和。答案:9V串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢等于各干電池的電動(dòng)勢之和【補(bǔ)償訓(xùn)練】下列是對電源電動(dòng)勢概念的認(rèn)識(shí),正確的是 (

)A.同一電源接入不同的電路,電動(dòng)勢就會(huì)發(fā)生變化號(hào)干電池比7號(hào)干電池大,但電動(dòng)勢相同C.電源電動(dòng)勢表征了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng),電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能越多,電動(dòng)勢就越大D.電動(dòng)勢、電壓和電勢差雖名稱不同,但物理意義相同,所以單位也相同【解析】選B。電動(dòng)勢的大小由電源本身,即非靜電力性質(zhì)決定,與外電路及電池體積無關(guān),A錯(cuò)誤,B正確;電動(dòng)勢在數(shù)值上等于搬運(yùn)1C電荷量把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的數(shù)值,由于沒確定多少電荷量,所以C錯(cuò)誤;電動(dòng)勢是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能本領(lǐng)的物理量,而電壓是電勢差的大小,D錯(cuò)誤。主題二閉合電路歐姆定律及其能量分析【實(shí)驗(yàn)情境】如圖所示為一閉合電路,電源電動(dòng)勢為E,內(nèi)阻為r,外電阻阻值為R。閉合開關(guān)后電流為I。在時(shí)間t內(nèi)【問題探究】(1)外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的焦耳熱各是多少?提示:由焦耳定律知外電路產(chǎn)生焦耳熱Q1=I2Rt,內(nèi)電路產(chǎn)生焦耳熱Q2=I2rt。(2)電源非靜電力做功為多少?提示:W=EIt。(3)該電路中存在怎樣的能量關(guān)系?提示:該電路中電源內(nèi)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,電能再通過電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)外電路的焦耳熱,根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律知W=Q1+Q2,即EIt=I2Rt+I2rt。(4)你能進(jìn)一步得出E、R和r間的關(guān)系嗎?提示:由EIt=I2Rt+I2rt得E=IR+Ir。【結(jié)論生成】閉合電路的歐姆定律的分析:(1)三種表達(dá)方式:①I=

②E=IR+Ir③E=U外+U內(nèi)。(2)當(dāng)電源沒有接入電路時(shí),因無電流通過內(nèi)電路,所以U內(nèi)=0,此時(shí)E=U外,即電源電動(dòng)勢等于電源沒有接入電路時(shí)的路端電壓。(3)I=或E=I(R+r)只適用于外電路為純電阻的閉合電路,U外=E-Ir和E=U外+U內(nèi)適用于所有的閉合電路。(4)閉合電路的歐姆定律反映的只是電動(dòng)勢和路端電壓的數(shù)量關(guān)系,它們的本質(zhì)是不同的,電動(dòng)勢反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的大小;而路端電壓反映了外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的本領(lǐng)大小?！镜淅痉丁吭谌鐖D所示的電路中,R1=9Ω,R2=5Ω,當(dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電流表時(shí),其讀數(shù)為0.5A;當(dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電壓表時(shí),其讀數(shù)為1.8V。求電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻?！窘馕觥慨?dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電流表時(shí),R1被短路,回路中的電流I1=0.5A,由閉合電路歐姆定律得:E=I1(R2+r) ①當(dāng)a、b兩點(diǎn)間接理想的電壓表時(shí),回路中的電流I2==0.2A由閉合電路歐姆定律得:E=I2(R2+R1+r) ②聯(lián)立①②得:E=3V,r=1Ω答案:3V

1Ω【規(guī)律方法】1.路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律:(1)外電阻R增大時(shí),電流I減小,路端電壓U增大,當(dāng)R增大到無限大(斷路)時(shí),I=0,U=E,可由此測出電源兩極間的電壓,即為電動(dòng)勢。(2)外電阻R減小時(shí),電流I增大,路端電壓U減小,當(dāng)R減小到零(短路)時(shí),I短=

,U=0,因?yàn)閞很小,則此時(shí)I短很大,會(huì)燒壞電源,甚至引起火災(zāi)。2.路端電壓U隨電流I變化的圖像(即電源的U-I關(guān)系圖像):(1)U-I圖像的函數(shù)表達(dá)式:U=E-Ir。(2)U-I圖像特點(diǎn):位于第一象限,與橫縱坐標(biāo)軸相交的傾斜直線,如圖所示。(3)推論。①外電路斷路時(shí),I=0,由U=E-Ir知,U=E,所以U-I圖像縱軸上的截距表示電源的電動(dòng)勢E,即斷路時(shí),路端電壓在數(shù)值上等于電源的電動(dòng)勢。②外電路短路時(shí):U=0,所以U-I圖像橫軸上的截距表示電源的短路電流I短=,因此電源的內(nèi)阻r=,即內(nèi)阻等于U-I圖像斜率的絕對值。3.動(dòng)態(tài)電路的分析方法——程序法:基本思路是“局部→整體→局部”。分析步驟如下:(1)明確局部電路變化時(shí)所引起的局部電路電阻的變化。(2)根據(jù)局部電阻的變化,確定電路的外電阻R外總?cè)绾巫兓?3)根據(jù)閉合電路歐姆定律I總=

,確定電路的總電流如何變化。(4)由U內(nèi)=I總r,確定電源的內(nèi)電壓如何變化。(5)由U外=E-U內(nèi),確定電源的路端電壓如何變化。(6)由部分電路歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化。(7)確定支路兩端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】(多選)如圖所示,閉合開關(guān)S并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P的位置,使A、B、C三燈亮度相同。若繼續(xù)將P向下移動(dòng),則三燈亮度變化情況為 (

)燈變亮燈變亮燈變暗 燈變亮【解析】選A、C、D。將變阻器滑片P向下移動(dòng)時(shí),接入電路的電阻減小,外電路總電阻減小,根據(jù)閉合電路歐姆定律得知,總電流IA增大,則A燈變亮。并聯(lián)部分的電壓U并=E-IA(RA+r),E、RA、r不變,IA增大,U并減小,IB減小,B燈變暗。通過C燈的電流IC=IA-IB,IA增大,IB減小,則IC增大,C燈變亮。綜上可知,A、C、D正確?！菊n堂回眸】1.(多選)如圖為一塊手機(jī)電池的背面印有的一些符號(hào),下列說法正確的是 (

)

A.該電池的容量為500mA·hB.該電池的電動(dòng)勢為3.6VC.該電池在工作1小時(shí)后達(dá)到的電流為500mAD.若電池以10mA的電流工作,可用50小時(shí)課堂素養(yǎng)達(dá)標(biāo)【解析】選A、B、D。電池上的3.6V表示電動(dòng)勢,500mA·h表示電池容量,可以由電池容量計(jì)算在一定放電電流下使用的時(shí)間,由500mA·h=t×10mA,得t=50h,所以A、B、D選項(xiàng)正確。課堂素養(yǎng)達(dá)標(biāo)2.在如圖所示的電路中,當(dāng)開關(guān)S1斷開、開關(guān)S2閉合時(shí),電壓表的讀數(shù)為3V;當(dāng)開關(guān)S1、S2均閉合時(shí),電壓表的讀數(shù)為1.8V。已知電壓表為理想電表,外接電阻為R,電源內(nèi)阻為r。由以上數(shù)據(jù)可知

為 (

)

A.

B.

C.

D.

【解析】選D。當(dāng)開關(guān)S1斷開、開關(guān)S2閉合時(shí),電壓表的示數(shù)等于電源的電動(dòng)勢,即E=3V。當(dāng)開關(guān)S1、S2均閉合時(shí),U外=1.8V,所以U內(nèi)=E-U外=1.2V,因U外=IR,U內(nèi)=Ir,所以R∶r=U外∶U內(nèi)=1.8V∶1.2V=3∶2,故選D?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示電路中,L1、L2為兩只完全相同、阻值恒定的燈泡,R為光敏電阻(光照越強(qiáng),阻值越小)。閉合開關(guān)S后,隨著光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng) (

)

1逐漸變暗,L2逐漸變亮1逐漸變亮,L2逐漸變暗C.電源內(nèi)電路消耗的功率逐漸減小D.光敏電阻R和燈泡L1消耗的總功率逐漸增大【解析】選A。當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí),光敏電阻的阻值減小,電路的總電阻減小,由閉合電路歐姆定律可知,電路中總電流增大,則燈L2逐漸變亮,由U=E-Ir可知路端電壓減小,燈L2的電壓增大,則L1兩端的電壓減小,故燈L1逐漸變暗,A正確,B錯(cuò)誤;總電