遼寧省大連市高中物理 第2章 恒定電流 2.7 閉合電路的歐姆定律課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、了解歐姆定律在生活中的應(yīng)用。,學(xué)會歐姆定律我們的日常用電將變的更加安全。,第二章恒定電流,第七節(jié)閉合電路的歐姆定律,體驗?zāi)芰哭D(zhuǎn)化和守恒定律在電路中的具體應(yīng)用，理解內(nèi)、外電路的能量轉(zhuǎn)化。,掌握閉合電路歐姆定律的推論過程。,1.知識與能力,理解內(nèi)、外電路的電勢降落，理解閉合電路歐姆定律。,通過分析閉合電路，體會它的能量轉(zhuǎn)化，根據(jù)守恒定律解答題目。,2.過程與方法,3.情感態(tài)度與價值觀,培養(yǎng)學(xué)生探究實驗的熱情，并引領(lǐng)提高其理論與實踐相結(jié)合的能力。,提高學(xué)生觀察并獨立思考的能力，讓其在今后生活中都受益匪淺。,重點：,難點：,1.閉合電路的歐姆定律,2.路端電壓與負載的關(guān)系,1.閉合電路的歐姆定律,我們

2、在初中學(xué)過，用導(dǎo)線把電源和用電器連接起來，組成閉合電路，電路中才有電流。這一節(jié)研究閉合電路中電壓、電流、功率等問題。為此，先介紹一個表征電源特性的物理量電動勢。,電動勢定義：,電源的電動勢等于電源沒接入電路時兩極間的電壓。,電源有兩個極，正極的電勢高，負極的電勢低，兩級間存在電壓。不同的電源，兩級間電壓的大小不同。不接用電器時，干電池的電壓約為1.5V，蓄電池的電壓為2V。,不接用電器時，電源兩極間電壓的大小是由電源本身的性質(zhì)決定的。為表征電源的這種性質(zhì)，物理學(xué)中引入電動勢的概念。電動勢用符號E表示。電動勢的單位跟電壓的單位相同，也是伏特。,為了讓你更容易理解我們本節(jié)的內(nèi)容，讓我們先來學(xué)習(xí)一下

3、簡單的內(nèi)容。下面我們介紹一下閉合電路，內(nèi)電路和外電路。,閉合電路：,只有用導(dǎo)線把電源、用電器連成一個閉合電路，電路中才有電流。,外電路：,如下圖所示，用電器、導(dǎo)線組成外電路。,內(nèi)電路：,如下圖所示，電源內(nèi)部是內(nèi)電路。,閉合電路由內(nèi)電路和外電路組成,在外電路中，正電荷在恒定電場的作用下由正極移向負極；在電源中，非靜電力把正電荷由負極移向正極。正電荷在靜電力的作用下從電勢高的位置向電勢低的位置移動，電路中正電荷的定向移動方向就是電流的方向，所以在外電路中，沿電流方向電勢降低。,由于正電荷沿某方向的移動與負電荷沿相反方向的移動等效，本節(jié)討論仍認為電路中是正電荷在做定向移動。,設(shè)甲圖中間的電源是一個化

4、學(xué)電池，電池的正極和負極附近分別存在著化學(xué)反應(yīng)層。反應(yīng)層中非靜電力（化學(xué)作用）把正電荷從電勢低處移至電勢高處，在這兩個地方，沿電流方向電勢“躍升”。這樣，整個閉合電路的電勢高低變化情況就如圖乙所示。圖中各點位置的高低表示電路中相應(yīng)各點電勢的高低。,甲,乙,圖乙中，a為電源正極，b為電源負極。外電路電阻為R，閉合電路的電流為I。我們分三個部分考慮整個電路中的能量轉(zhuǎn)化。,1.在時間t內(nèi)，外電路中電流做功產(chǎn)生的熱為：,Q外=I2Rt,2.內(nèi)電路與外電路一樣，也存在著恒定電場，正電荷也是在靜電力的作用下移動的，這一區(qū)域的電阻是內(nèi)電阻，記為r，。在時間t內(nèi)，內(nèi)電路中電流做功產(chǎn)生的熱為：,Q內(nèi)=I2rt,

5、3.bc和da是化學(xué)反應(yīng)層。設(shè)兩反應(yīng)層電動勢之和為E，則時間t內(nèi)非靜電力做的功為：,W=Eq=EIt,根據(jù)能量守恒定律，非靜電力做的功應(yīng)該等于內(nèi)外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和，即W=Q外+Q內(nèi)，所以,EIt=I2Rt+I2rt,整理后得到,E=IR+Ir,也就是,,閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。,我們用U外表示式中的IR，它是外電路上總的電勢降落，習(xí)慣上叫做路端電壓；用U內(nèi)表示式中Ir，它是內(nèi)電路的電勢降落。所以閉合電路的歐姆定律的公式也可以寫成：,閉合電路的歐姆定律：,E=U外+U內(nèi),這就是說，電源的電動勢等于內(nèi)外電路電勢降落之和。這個結(jié)論在甲圖中已

6、經(jīng)形象的表示出來了：從電源正極a沿閉合電路的b、c、d繞一周再回到a時，一路上電勢降落的總和，必定等于電勢升高的總和。ab間的電勢降落為U外，cd間的電勢降落為U內(nèi)，而bc、da電勢躍升的總和就是電動勢E。電源的種類很多，形成非靜電力的機理也不一樣。但對于所有電源，第一個閉合電路的歐姆定律的公式所表示的閉合電路的歐姆定律都是成立的。,電源加在負載（用電器）上的“有效”電壓是路端電壓，所以研究路端電壓與負載的關(guān)系有實際意義。下面我們通過一個實驗驗證一下這個說法。同學(xué)們?nèi)绻袟l件可以親自操作實驗，這樣你會更容易掌握所學(xué)知識。,2.路端電壓與負載的關(guān)系,路端電壓：,外電路的電勢降落，也就是外電路兩端

7、的電壓，通常叫做路端電壓。,按下圖所示連接電路。閉合開關(guān)S0以接通電源，再閉合開關(guān)S，改變外電路的電阻R，觀察路端電壓怎樣隨著負載的變化而變化。,認真觀察電路圖，然后連接實際電路，根據(jù)指示操作實驗，記錄數(shù)據(jù)，看能得到一個怎樣的結(jié)果。,研究路端電壓,實驗,實驗表明：當(dāng)外電阻增大時，電流減小，路端電壓增大；當(dāng)外電路減小時，電流增大，路端電壓減小?，F(xiàn)在用前面學(xué)過的知識討論它們之間的關(guān)系。由E=U外+U內(nèi)和U內(nèi)=Ir可以求得路端電壓的表達式：,U=E-Ir,就某個電源來說，電動勢E和內(nèi)阻r是一定的，當(dāng)外電阻R增加時，由第一個公式可知，電流I減小，因此內(nèi)電路的電勢降落U內(nèi)=Ir減小。由上式知，這時路端電

8、壓U增大。相反，當(dāng)外電阻R,減小時，電流I增大，路端電壓U減小。當(dāng)外電路斷開時，R變?yōu)闊o限大，I變?yōu)榱?，Ir也變?yōu)榱?，U=E，這就是說，斷路時路端電壓等于電源的電動勢。我們常根據(jù)這個道理測量電源的電動勢。當(dāng)電源兩端短路時，外電阻R=0，由第一公式可知電流I=E/r，由上式可知路端電壓U=0。電源內(nèi)阻一般都很小，例如鉛蓄電池的內(nèi)阻只有0.00050.1歐姆，干電池的內(nèi)阻通常不到1歐姆，所以短路時電流很大。電流太大會燒壞電源，還可能引起火災(zāi)。因此，絕對不允許將電源兩端用導(dǎo)線直接連在一起。,路端電壓U與電流I的關(guān)系圖像，也就是上式的函數(shù)圖象，是一條向下傾斜的直線（下圖）。從圖線可以看出，路端電壓U隨

9、電流I的增大而減小。圖線還反映出電源的特性：直線的傾斜程度跟內(nèi)阻r有關(guān)，內(nèi)阻越大，傾斜的越厲害；直線與縱軸交點的縱坐標表示電源電動勢的大?。↖=0時，U=E）。,1.閉合電路的歐姆定律,電源的電動勢等于電源沒接入電路時兩極間的電壓。,不同的電源，兩級間電壓的大小不同。,電源兩極間電壓的大小是由電源本身的性質(zhì)決定的。,只有用導(dǎo)線把電源、用電器連成一個閉合電路，電路中才有電流。,閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。,E=U外+U內(nèi),,2.路端電壓與負載的關(guān)系,外電路的電勢降落，也就是外電路兩端的電壓，通常叫做路端電壓。當(dāng)外電阻增大時，電流減小，路端電壓增大；當(dāng)外電路減

10、小時，電流增大，路端電壓減小。,U=E-Ir,1下列說法正確的是(),BD,A電源被短路時，放電電流無窮大B外電路斷路時，路端電壓最高C外電路電阻減小時，路端電壓升高D不管外電路電阻怎樣變化，其電源的內(nèi)、外電壓之和保持不變,2A、B、C是三個不同規(guī)格的燈泡，按圖所示方式連接恰好能正常發(fā)光，已知電源的電動勢為E，內(nèi)電阻為r，將滑動變阻器的滑片P向左移動，則三個燈亮度變化是（）,A都比原來亮B都比原來暗CA、B燈比原來亮，C燈變暗DA、B燈比原來暗，C燈變亮,C,,A,3.如圖所示，電源的電動勢和內(nèi)阻分別為E、r，在滑動變阻器的滑片P由a向b移動的過程中，電流表、電壓表的示數(shù)變化情況為(),A電流

11、表先減小后增大，電壓表先增大后減小B電流表先增大后減小，電壓表先減小后增大C電流表一直減小，電壓表一直增大D電流表一直增大，電壓表一直減小,4.如圖所示電路中，電阻R1=8.當(dāng)電鍵S斷開時，電壓表的示數(shù)為5.7V，電流表的示數(shù)為0.75A，電源總功率是9W；當(dāng)電鍵S閉合時，電壓表的示數(shù)為4V.若電鍵斷開和閉合時電源內(nèi)部損耗的電功率之比是9:16，求電源的電動勢和電阻R2、R3.,答：=12V，R2=8，R3=3.6。,5.如圖所示是對蓄電池組進行充電的電路.A、B兩端接在充電機的輸出端上，蓄電池組的內(nèi)阻r=20，指示燈L的規(guī)格為“6V，3W”.當(dāng)可變電阻R調(diào)到20時，指示燈恰能正常發(fā)光，電壓表

12、示數(shù)為52V(設(shè)電壓表內(nèi)阻極大)，試求:(1)蓄電池組的總電動勢.(2)充電機的輸出功率.(3)對蓄電池組的輸入功率.(4)充電機的充電效率.,答：(1)36V(2)31W(3)23W(4)74.2%,（2007.廣東中山）如圖所示，R1為定值電阻，R2為可變電阻，E為電源電動勢，r為電源內(nèi)電阻，以下說法中不正確的是（）,A.當(dāng)R2=R1+r時，R2上獲得最大功率B.當(dāng)R1=R2+r時，R1上獲得最大功率C.當(dāng)R2=0時，電源的效率最大D.當(dāng)R2=0時，電源的輸出功率最大,BCD,提示,本題的四個選項相對獨立，分項進行討論，從題干提供的信息可知，R1和r都是固定不變的，A選項中，當(dāng)R2=R1+

13、r時，R2上獲得的功率通過功率的計算公式知道為最大，所以正確。同樣可證明B、C、D選項均是錯誤的。,在這里同學(xué)們一定要審清題目內(nèi)容，看清它的問題，例如本題它讓選擇的是不正確的，你最好在讀題的時候著重標記，以防出現(xiàn)不該出的問題。,注意,1.答：根據(jù)閉合電路的歐姆定律，可得聯(lián)立解得：E=1.5V，r=2。說明：可以看到，雖然電動勢和內(nèi)阻不能直接測量，但可以應(yīng)用閉合電路的歐姆定律將可以測量的路端電壓、電流等與電動勢、內(nèi)阻建立聯(lián)系，從而計算得到電動勢和內(nèi)阻。由于要求電動勢和內(nèi)阻兩個未知量，所以需要兩次測量，建立方程組。,2.答：每節(jié)干電池的電動勢為1.5V，兩節(jié)干電池的電動勢為3.0V。設(shè)每節(jié)干電池的內(nèi)阻為r，兩節(jié)干電池的總內(nèi)阻為2r。由題意的又因為U內(nèi)=2rI，所以,3.答：不接負載時的電壓即為電動勢，因此E=600V，短路時外電阻R=0。根據(jù)閉合電路的歐姆定律得：,4.答：當(dāng)外電阻為4.0時，電流。再由閉合電路的歐姆定律E=I（R+r），可得r=0.5。,