2020春新教材高中物理第12章电能能量守恒定律第2节闭合电路的欧姆定律课件新人教版必修第三册

4.了解内电路、外电路，知道 力。
的电池电动势
电动势与内、外电压的关系。 3.会从公式和图像两个角度分析路端 相同，但内阻
5.掌握闭合电路欧姆定律并会 电压U与电流I的关系，培养用图像 和容量不同。
进行有关计算。
法表述和分析图像问题的能力。
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知识点一 电动势 [观图助学]
(1)如图甲所示，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起 来，则水在重力的作用下定向运动，A、B之间的高度差很快消失。在这个过程 中，水管中只有一个短暂水流。怎样才能保持A、B之间稳定的高度差，在A、B 之间形成持续的水流呢？
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思路点拨 (1)当开关S扳到位置1或位置2时，由其电流的大小能否求出路端电压？ (2)由闭合电路的规律E＝U＋Ir可知，电动势E和内阻r出现在同一方程中，从数 学的角度看如何求电源的电动势和内电阻？ 答案 (1)能。根据U＝IR即可求出路端电压。 (2)列出两个关于E和r的方程解方程组求得。此题中通过单刀双掷开关S给出了两 个电路，分别列出两个方程联立求解即可。
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核心要点 对电源电动势的理解 [观察探究]
日常生活中我们经常接触到各种各样的3.7 V”字样。
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如果把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非 静电力做了多少功？如果把1 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢？哪 个电池做功的本领大？ 答案 把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电势能增加了1.5 J，非静电 力做功1.5 J；从3.7 V手机电池的负极移到正极，电势能增加了3.7 J，非静电力做功 3.7 J。3.7 V手机电池做功本领大。
电源提供的总能量等于内、 ④式适用于纯电阻电路；
外电路中电能转化为其他 ⑤式普遍适用
形式的能的总和
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[试题案例] [例3] 在如图所示的电路中，R1＝20.0 Ω，R2＝10.0 Ω，当开关S扳到位置1时，电
流表的示数为I1＝0.20 A；当开关S扳到位置2时，电流表的示数为I2＝0.30 A，求 电源的电动势和内电阻。
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[针对训练2] 一台发电机用0.5 A的电流向外输电，在1 min内将180 J的机械能转化 为电能，则发电机的电动势为( )
A.6 V
B.360 V
C.120 V
D.12 V
解析 1 min 内流出的电荷量为 q，由 q＝It 得 q＝0.5×60 C＝30 C，根据 E＝Wq 得 E＝13800 V＝6 V，所以 A 正确。
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2.路端电压随外电阻的变化规律 (1) 当外电阻 R 增大时，由 I＝R＋E r可知电流__I_减__小___，路端电压 U＝E－ Ir___增__大___，当 R 增大到无限大(断路)时，I＝____0____，U＝____E____，即外电 路断路时的__路__端__电__压____等于电源_电__动__势___。 (2) 当外电阻 R 减小时，由 I＝R＋E r可知电流 I__增__大____，路端电压 U＝E－ Ir___减__小___，当 R 减小到零(短路)时，I＝Er ，U＝____0____。
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2.闭合电路欧姆定律的表达形式
表达式
物理意义
适用条件
I＝R＋E r
电流与电源电动势成正比， 与电路总电阻成反比
纯电阻电路
E＝I(R＋r) ① E＝U外＋Ir ② E＝U外＋U内 ③
EIt＝I2Rt＋I2rt④ W＝W外＋W内⑤
电源电动势在数值上等于 ①式适用于纯电阻电路；
电路中内、外电压之和
②、③式普遍适用
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[思考判断] (1)电源的电动势等于外电路电阻两端的电压。( × ) (2)对整个闭合电路来说，内、外电阻串联，它们分担的电压之和等于电源电动 势的大小。( √ ) (3)在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电路上电压之和，所以电动势实质 上就是电压。( × )
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知识点三 路端电压与负载的关系 [观图助学]
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答案 (1)在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高。 (2)EIt I2rt I2Rt EIt＝I2Rt＋I2rt (3)E＝IR＋Ir 或 I＝R＋E r
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[探究归纳] 1.内、外电路中的电势变化
如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向 电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向 电势升高。
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解析 根据电动势的定义和表达式 E＝Wq ，非静电力移动 1 C 电荷所做的功为 W ＝qE＝1×2 J＝2 J，由功能关系可知有 2 J 的化学能转化为电势能，A 正确，C 错误；没有接入电路时电源两极间的电势差(电压)U＝E＝2 V，B 正确；电动势是 描述电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量，E 蓄电池＝2 V>E ＝ 干电池 1.5 V，故 D 正确。 答案 ABD
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[例2] 将电动势为3 V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4 V，当电路 中有6 C的电荷流过时，求： (1)有多少其他形式的能转化为电能； (2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能； (3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能。 解析 (1)W＝Eq＝3×6 J＝18 J，电源中共有18 J其他形式的能转化为电能。 (2)W1＝U1q＝2.4×6 J＝14.4 J，外电路中共有14.4 J的电能转化为其他形式的能。 (3)W2＝W－W1＝3.6 J，内电路中有3.6 J电能转化为其他形式的能。 答案 (1)18 J (2)14.4 J (3)3.6 J
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知识点二 闭合电路欧姆定律及其能量分析 [观图助学]
手电筒中的电池用久了，虽然电动势没减少多少，但小灯泡却不怎么亮了。 (1)电源电动势几乎不变，其内阻变化明显吗？ (2)电路中电流变化明显吗？
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1.闭合电路 (1)闭合电路是指由电源和__用__电__器__及导线组成的完整的电路。 (2)内电路：如图所示，___电__源__内__部___的电路叫内电路，__电__源____ 的电阻叫内电阻。 (3)外电路：__电__源__外__部____的电路叫外电路，外电路的电阻称为外 电阻。
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(5)常用电池的电动势 干电池 铅蓄电池 锂电池 锌汞电池
___1_.5____ V ____2____ V 3 V或3.6 V 1.2 V 3.内阻：电源内部___导__体___的电阻。 4.容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h或mA·h。
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[思考判断] (1)在电源内部，正电荷向正极移动过程中，静电力做负功，电荷电势能增加。( √ ) (2)电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比。( × ) (3)E＝Wq 只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源中非静电力的特 性决定。( √ ) (4)容量越大的电池，储存的化学能越多。( × )
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[探究归纳] 1.非静电力是电源内使正、负电荷分离，并使正电荷聚积到电源正极、负电荷聚
积到电源负极的非静电性质的作用力，是对除静电力外能对电荷流动起作用的 其他力的统称。 2.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 身性质决定的；电动势不同，表示电源将其他形式的能转化为电能的本领不同。
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[试题案例] [例1] (多选)下列说法中正确的是( )
A.电源的电动势实质上就是电源两极间的电压 B.电源的电动势在数值上等于断路时两极间的电压 C.电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别 D.电动势越大，电源两极间的电压一定越大
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解析 电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。而电 压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以选项A错误， C正确；当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电 路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而 减小，当电源短路时，R外＝0，这时路端电压为零，所以选项B正确，D错误。 答案 BC
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方法凝炼 理解电动势的两点注意 (1)电动势与电压有本质的区别，不能认为电动势就是电压，电动势 E＝Wq非，电压 U＝Wq电。 (2)电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。
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[针对训练1] (多选)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示( ) A.电路中每通过1 C的电荷，电源把2 J的化学能转化为电势能 B.没有接入电路时蓄电池两极间的电压为2 V C.蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化成电势能 D.蓄电池将化学能转化为电势能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大
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[思考判断] (1)外电阻变化可以引起内电压的变化，从而引起内电阻的变化。( × ) (2)外电路的电阻越大，路端电压就越大。( √ ) (3)路端电压增大时，电源的输出功率一定变大。( × ) (4)电源断路时，电流为零，所以路端电压也为零。( × ) (5)当电源两端短路时，路端电压等于电源电动势。( × )
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2.闭合电路中的能量转化 如图所示，电路中电流为I，在时间t内，_非__静__电__力__做__的__功___等于内、外电路中电 能转化为其他形式能的总和，即EIt＝_____I_2R__t＋__I_2_rt____。
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3.闭合电路欧姆定律 (1) 内 容 ： 在 外 电 路 为 _纯__电__阻___ 的 闭 合 电 路 中 ， 电 流 的 大 小 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＝R＋E r。 (3)适用条件：__外__电__路__为纯电阻电路。
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2.电动势 (1)物理意义：反映电源__非__静__电__力__做__功____的本领的大小。 (2)大小：在数值上等于非静电力把 1 C 的_正__电__荷___在电源内部从负极移送到正极 所做的功。即 E＝Wq非。 (3)单位：__伏__特____(V)。 (4)大小的决定因素：由电源中___非__静__电__力___的特性决定，跟电源的体积无关，跟 __外__电__路__也无关。