课标要求第2节闭合电路的欧姆定律1.知道闭合电路的组成,理解电源的电动势的定义和定义式。2.能从能量的转化和守恒的角度推导闭合电路的欧姆定律。3.会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系,并能进行相关的电路分析与计算。一、电动势1.填一填(1)闭合电路:由导线、电源和连成的电路。和导线组成外电路,电源内部是内电路。(2)非静电力:在电源内部把正电荷从搬运到的力。(3)电源:通过非静电力做功把其他形式的能转化为的装置。用电器用电器负极正极电势能(4)电动势①定义:非静电力所做的功与所移动的之比。②定义式:E=_____。③单位:电动势的单位是伏特(V)。④决定因素:由电源中非静电力的特性决定,与外电路。电荷量无关Wq2.判一判(1)电源只能把电能转化为其他形式的能。()(2)电动势与电势差实质上是一样的。()(3)电源的电动势越大,电源内部非静电力做功的本领越大。()××√3.想一想电源中,非静电力的作用是什么?提示:在电源中,非静电力做功,把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极,使电荷的电势能增加,从而把其他形式的能转化为电势能。二、闭合电路欧姆定律及其能量分析1.填一填(1)部分电路欧姆定律:导体中的电流I跟导体两端的电压U成,跟导体的电阻R成。即I=_____。(2)在电源外电路中,沿电流方向电势。(3)电源的内电阻:电源的电阻,简称内阻。(4)闭合电路中能量的转化情况正比反比降低内电路UR电源的非静电力做功:W=Eq=EIt电源在外电路中电能转化为内能Q外=I2Rt,电源在内电路中电能转化为内能Q内=I2rt,由能量守恒得:W=Q外+Q内。即:EIt=I2Rt+I2rt。(5)闭合电路的欧姆定律:I=_________。(6)路端电压与负载的关系①负载:外电路中的。②路端电压:外电路的电势。③路端电压与电流的关系式:U=。④电源的UI图像:用电器降落E-IrER+r2.判一判(1)闭合电路中沿着电流的方向电势一定降低。()(2)闭合电路的电流跟内、外电路电阻之和成反比。()(3)电路断开时,电路中的电流为零,路端电压也为零。()×√×3.选一选“天宫二号”的成功发射标志着我国即将迈入空间站的时代。“天宫二号”是我国第一个真正意义上的太空实验室,它在太空飞行时用太阳能电池供电,太阳能电池由许多片电池板组成。一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA,若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是()A.0.10VB.0.20VC.0.30VD.0.40V解析:电源电动势为800mV,即0.8V,根据I短=Er=40mA,即0.04A,解得r=EI短=20Ω,所以U=RR+rE=0.40V。答案:D对电动势的理解[学透用活]1.概念理解(1)在不同电源中,非静电力做功的本领不同,即把相同数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极,非静电力做功的多少不同,电动势大小也不同。(2)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即沿电源由负极指向正极。(3)公式E=Wq是电动势的定义式而不是决定式,E的大小与W和q无关,是由电源自身的性质决定的。(4)电动势的大小:等于在电源的内部从负极到正极移送单位正电荷非静电力做功的数值。一定要注意必须是“单位正电荷”,而不是“任意电荷”。2.电动势和电压(即电势差)的区别与联系电压U电动势E物理意义电场力做功,电能转化为其他形式的能的本领,表征电场的性质非静电力做功,其他形式的能转化为电能的本领,表征电源的性质定义式U=Wq,W为电场力做的功E=Wq,W为非静电力做的功单位伏特(V)伏特(V)联系电动势等于电源未接入电路时两极间的电压值[典例1][多选]如图所示为一块手机电池的背面印有的一些符号,下列说法正确的是()A.该电池的容量为500mA·h,表示电池储存能量的多少,mA·h为能量单位B.该电池的电动势为3.6VC.该电池在工作1小时后达到的电流为500mAD.若电池以10mA的电流工作,可用50小时[解析]电池上的3.6V表示电池的电动势,500mA·h表示电池的容量,可以由电池容量计算电池在一定放电电流下使用的时间,由500mA·h=t×10mA得,t=50h。电池的容量表示电池工作时能移动的电荷量的多少,mA·h是电荷量单位,故A、C错误,B、D正确。[答案]BD[规律方法](1)电池的容量就是电池放电时输出的总电荷量,其实际大小与放电电流的大小及放电方式有关。(2)n个相同的电池串联时,其总电动势E总=nE,总内电阻r总=nr。[对点练清]1.有关电压与电动势的说法中正确的是()A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B.电动势是电源两极间的电压C.电动势公式E=Wq中W与电压公式U=Wq中的W是一样的,都是电场力做的功D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量解析:电压与电动势是两个不同的概念,其中电动势公式E=Wq中W是非静电力做的功,电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领。而电压U=Wq中W则是电场力做的功,电动势的大小也不一定等于电压的大小,故D正确。答案:D2.[多选]干电池的电动势为1.5V,这表示()A.电路中每通过1C的电荷量,电源把1.5J的化学能转化为电能B.干电池在1s内将1.5J的化学能转化为电能C.干电池与外电路断开时两极间电势差为1.5VD.干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2V的蓄电池强解析:由电动势物理意义知,电源中每通过1C电荷量,电源把1.5J的化学能转化为电能,A正确,B错误;电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压,一节干电池的电动势为1.5V,外电路断开时,路端电压即两极间的电势差是1.5V,C正确;电动势是表征电源将其他形式能转化为电能本领的物理量,故1.5V的干电池把化学能转化为电能的本领比电动势为2V的蓄电池弱,D错误。答案:AC3.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周,在内、外电路中释放的总能量决定于()A.电源的电动势B.通过电源的电流C.路端电压的大小D.内、外电阻之和解析:由E=Wq得W=Eq,故单位电荷量的正电荷移动一周,在电路中释放的总能量决定于电源的电动势E。答案:A对闭合电路的欧姆定律的理解[学透用活]1.闭合电路的欧姆定律(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。(2)表达式:I=ER+r。(3)常用变形公式:E=IR+Ir,E=U外+U内,U外=E-Ir。(4)适用范围I=ER+r适用于外电路为纯电阻的闭合电路;U外=E-Ir既适用于外电路为纯电阻的闭合电路,也适用于外电路为非纯电阻的闭合电路。2.路端电压与负载的关系(1)公式(对纯电阻电路):U外=IR=E-Ir=E-ER+rr。①当外电路断开时,R→∞,U内=0,U外=E,此为直接测量电源电动势的依据。②当外电路短路时,R=0,I=Er(称为短路电流),U外=0。由于r很小,电路中电流很大,容易烧坏电源,这是严禁把电源两极不经负载直接相接的原因。(2)路端电压U外与外电阻R之间的关系。对某一给定的闭合电路来说,电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变,变化情况如下(↑表示增大,↓表示减小)。外电阻变化情况R↑R→∞R↓R→0电流I=ER+rI↓I→0I↑I→Er内电压U′=Ir=E-IRU′↓U′→0U′↑U′→E路端电压U外=IR=E-IrU外↑U外→EU外↓U外→0(3)路端电压与电流的关系图像。①由U外=E-Ir可知,U外I图像是一条斜向下的直线,如图所示。当R减小时,I增大,路端电压减小,当外电路短路时,R等于零,此时电路中的电流最大,I0=Er,路端电压等于零。②纵轴的截距等于电源的电动势E;横轴的截距等于外电路短路时的电流,即I0=Er。③直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即r=EI0=ΔUΔI,ΔUΔI越大,表明电源的内阻越大。④图线中某点横、纵坐标的乘积UI为电源的输出功率,即图中矩形的面积表示电源在路端电压为U时的输出功率。[典例2]如图所示的电路中,当S闭合时,电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6V和0.4A;当S断开时,它们的示数各改变0.1V和0.1A,求电源的电动势及电阻。[解析]当S闭合时,由闭合电路的欧姆定律得U1=E-I1r即E=1.6+0.4r当S断开时,外电阻增大,所以电压表示数增大,电流表示数减小,由闭合电路的欧姆定律得U2=E-I2r,即E=1.6+0.1+(0.4-0.1)r解得E=2V,r=1Ω。[答案]2V1Ω[规律方法]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:若各电阻阻值和电动势都已知,可用闭合电路的欧姆定律直接求出,也可以利用各支路的电流之和来求。(3)应用闭合电路的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。[对点练清]1.将内阻为0.5Ω的电池组用电阻为0.75Ω的导线,与标有“6V7.2W”的小灯泡串联,就可以使这个小灯泡正常发光,由此可知,所用电池组的电动势是()A.6VB.7.5VC.9VD.10.5V解析:标有“6V7.2W”的小灯泡正常发光,故电路中电流I=PU=7.26A=1.2A;根据闭合电路的欧姆定律,有E=I(r+R)+U=1.2×(0.5+0.75)V+6V=7.5V。答案:B2.如图所示为某电源的伏安特性曲线,则下列结论正确的是()A.电源的电动势为6.0VB.电源的内阻为12ΩC.电流为0.2A时的外电阻是18.0ΩD.电源的短路电流为0.5A解析:由题图可知,电源的电动势为6.0V,故A项正确;电源的内阻r=6-5.20.5Ω=1.6Ω,故B项错误;依据U=6-1.6I,可知,电流为0.2A时,路端电压为5.68V,则由欧姆定律可知R=UI=5.680.2Ω=28.4Ω,故C项错误;图像与横坐标的交点为电压为5.2V时的电流,不是短路电流,故D项错误。答案:A3.如图所示,电阻R1=12Ω,R2=8Ω,当开关S断开时,电流表A的示数为0.5A,当S闭合时,A的示数为0.7A,则电源的电动势和内电阻分别是多少?解析:根据闭合电路的欧姆定律得:当开关S断开时,有E=I1(R1+R2+r)代入得E=0.5×(12+8+r)当开关S闭合时,有E=I2(R1+r)代入得E=0.7×(12+r)联立可解得E=14V,r=8Ω。答案:14V8Ω一、观察路端电压随外电阻变化的现象(科学思维)[选自鲁科版新教材P101“实验与探究”]用导线把旧干电池组、电流表、电压表、两只相同的小灯泡、开关等按如图所示电路连接。(1)闭合开关S和S1,观察小灯泡L1的亮度,并记下电流表和电压表的示数。(2)再闭合开关S2,观察小灯泡L1的亮度如何变化,电流表和电压表的示数如何变化。请结合闭合电路欧姆定律,分析发生以上变化的原因。[提示]小灯泡L1变暗,电流表示数增大,电压表示数减小。当再闭合开关S2,小灯泡L1和L2并联,电路总电阻减小,总电流增大,由U=E-Ir可知,电源的路端电压减小,灯泡L1变暗。二、典题好题发掘,练典题做一当十[选自鲁科版新教材P102第5题]如图是一个简易风速测量仪的示意图,绝缘弹簧的一端固定,另一端与导电的迎风板相连,弹簧套在水平放置的电阻率较大的均匀金属细杆上。迎风板与金属杆接触良好,并能在金属杆上自由滑动。电路的一端与迎风板相连,另一端与金属杆相连。已知弹簧的劲度系数k=1300N/m,电阻R=1.0Ω,电源的电动势E=12V,内阻r=0.5Ω。闭合开关,没有风吹时,弹簧处于原长l0=0.5m,电压传感器的示数U1=3.0V。若不计摩擦和迎风板的电阻,求:(1)金属杆单位长度的电阻R0;(2)当电压传感器的示数为U2=2.0V时,作用在迎风板上的风力F。解析:(1)电阻R与金属细
本文标题:2019-2020学年新教材高中物理 第十二章 电能 能量守恒定律 第2节 闭合电路的欧姆定律课件
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